Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Tính đường truyền cho hệ thống thông tin Vinasat

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ---------- CHU TUẤN LINH TÍNH ĐƢỜNG TRUYỀN CHO HỆ THỐNG THÔNG TIN VINASAT

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÀ NỘI - 2012

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ---------------------- CHU TUẤN LINH

TÍNH ĐƢỜNG TRUYỀN CHO HỆ THỐNG THÔNG TIN VINASAT

Chuyên ngành : Vật lý Vô tuyến và Điện tử Mã số: 60 44 03

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:

PGS.TS. Nguyễn Viết Kính

Hà nội - 2012

MỤC LỤC

DANH MụC HÌNH Vẽ ....................................................................................................................................... 3

DANH MụC CHữ VIếT TắT ............................................................................................................................. 4

MỞ ĐẦU ............................................................................................................................................................. 5

CHƢƠNG 1 :TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH........................................................ 6

1.1 Lịch sử phát triển của hệ thống vệ tinh ..................................................................................................... 6 1.2 Cấu trúc của một hệ thống thông tin vệ tinh ............................................................................................. 7 1.3 Một số đặc điểm của thông tin vệ tinh : .................................................................................................. 12 1.4 Các dạng quỹ đạo vệ tinh ....................................................................................................................... 13 1.5 Các băng tần cho thông tin vệ tinh ......................................................................................................... 15 Tóm Tắt chương : ......................................................................................................................................... 20 CHƢƠNG 2 : ĐẶC ĐIỂM THÔNG TIN VỆ TINH VINASAT ..................................................................... 21

2.1. Thông tin vệ tinh VINASAT-1 ................................................................................................................ 22 2.2Các chỉ tiêu kỹ thuật vệ tinh VINASAT-2 ................................................................................................. 29 2.3 So sánh vệ tinh Vinasat-1 và Vinasat-2 .................................................................................................. 31 2.4 Các dịch vụ cung cấp trên vệ tinh VINASAT-1&2 .................................................................................. 32 Tóm Tắt chương : ......................................................................................................................................... 37 CHƢƠNG 3 : TÍNH TOÁN ĐƢỜNG TRUYỀN THÔNG TIN VỆ TINH KHI CÓ NHIỄU ...................... 38

3.1 Phân tích đường truyền tuyến lên ........................................................................................................... 38 3.2 Phân tích đường truyền tuyến xuống ..................................................................................................... 41 3.3 Các suy hao ảnh hưởng tới chất lượng truyền dẫn ................................................................................. 46 3.4 Các biện pháp nâng cao chất lượng dịch vụ........................................................................................... 52 3.5 Nhiễu trong thông tin vệ tinh .................................................................................................................. 53 Tóm Tắt chương : ......................................................................................................................................... 59 CHƢƠNG 4 : TÍNH TOÁN ĐƢỜNG TRUYỀN THÔNG TIN VỆ TINH KHI CÓ NHIỄU GIỮA CÁC VỆ

TINH LÂN CẬN CHO VỆ TINH VINASAT-1 ............................................................................................... 60

4.1 Nhắc lại một số công thức : .................................................................................................................... 60 4.2 Tính toán cho vệ tinh Vinasat ................................................................................................................. 64 4.3 Mô phỏng chất lượng tín hiệu sử dụng công nghệ DVB-S2 .................................................................... 66 4.4 Kết quả mô phỏng ................................................................................................................................... 67 4.5 Phân tích ảnh hưởng của nhiễu vệ tinh lân cận tới đường truyền thông tin vệ tinh ............................... 68 4.6 Xây dựng phần mềm tính chất lượng đường truyền thông tin vệ tinh khi có kể tới nhiễu giữa các vệ tinh lân cận .......................................................................................................................................................... 72 Tóm Tắt chương : ......................................................................................................................................... 73 KếT LUậN ........................................................................................................................................................... 74

TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................................................................. 75

PHụ LụC 1: CODE CủA CHƢƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN ........................................................................... 76

Danh mục hình vẽ Hình 1. 1: Cấu trúc hệ thống TTVT [8] .................................................................................................. 8 Hình 1.2: Phân đoạn mặt đất ................................................................................................................ 11 Hình 1.3: Các dạng quỹ đạo của vệ tinh ............................................................................................... 13 Hình 1.4: Sự phụ thuộc hấp thụ khí quyển vào tần số ........................................................................... 16 Hình 2.1:Phân bố phổ tần số băng tần C .............................................................................................. 23 Hình 2.2: Sơ đồ phân bổ tần số băng Ku .............................................................................................. 27 Hình 2. 3 Sơ đồ phân bổ tần số băng Ku [3] ........................................................................................ 29 Hình 2.4: Dịch vụ VSAT ........................................................................................................................ 34 Hình 2.5: Truyền dẫn cho mạng Internet qua vệ tinh ........................................................................... 34 Hình 2.6: Mô hình dịch vụ Kênh thuê riêng .......................................................................................... 35 Hình 2.7: Dịch vụ Mobile trunking qua vệ tinh .................................................................................... 35 Hình 2.8: Phát hình quảng bá qua vệ tinh ............................................................................................ 36 Hình 2.9: Đào tạo từ xa qua vệ tinh ...................................................................................................... 36 Hình 2.10: Phát hình lưu động ............................................................................................................. 37 Hình 3.1: Nhiễu giữa các vệ tinh lân cận.............................................................................................. 56 Hình 3.2:Nhiễu vệ tinh lân cận do chỉnh anten phát không đúng ......................................................... 56 Hình 3.3: Khắc phục nhiễu vệ tinh lân cận do chỉnh anten phát không đúng ...................................... 57 Hình 3.4 : Nhiễu vệ tinh lân cận do công suất búp sóng phụ lớn ......................................................... 57 Hình 3.5 : Nhiễu vệ tinh lân cận do búp sóng chính quá lớn ................................................................ 58 Hình 3.6 : Nhiễu vệ tinh lân cận do trùng đường đẳng mức ................................................................. 58 Hình 4.1 : Kết quả mô phỏng chất lượng tuyến thông tin vệ tinh ......................................................... 67 Hình 4.2: Kết quả mô phỏng chất lượng tuyến TTVT sau khi điều chỉnh ............................................. 67 Hình 4.3: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của tỷ số năng lượng bit trên cường độ tạp âm vào C/I ....... 69 Hình 4.4: Sự phụ thuộc của BER vào tỷ số C/I với băng thông R=2,048mbps ..................................... 70 Hình 4.5: Sự phụ thuộc của E/No vào tỷ số C/I với băng thông R=3,072mbps .................................... 70 Hình 4. 6 : Sự phụ thuộc của C/I vào EIRP trạm gây nhiễu ................................................................. 71 Hình 4.7: Giao diện nhập số liệu của phần mềm .................................................................................. 73 Hình 4.8: Giao diện kết quả của phần mềm .......................................................................................... 73

BER

Bit Error rate

Tỷ lệ lỗi bit

Tỷ số công suất sóng mang tín hiệu hữu ích

C/I

Carrier to noise

trên nhiễu

Tỷ số công suất sóng mang trên mật độ phổ

C/No

tạp âm

Tỷ số công suất sóng mang trên nhiệt tạp âm

C/T

hệ thống

Digital Video Broadcasting

DVB-S2

Truyền hình số qua vệ tinh thế hệ thứ 2

Satellite Second Generation

Eb/No

Năng lượng bit trên mật độ phổ tạp âm

Equivalent isotropic radiated

EIRP

Công suất bức xạ đẳng hướng tương đương

power

G anten Antenna Gain

Hệ số tăng ích của anten

G/T

Hệ số phẩm chất

GEO

GEO-stationary earth orbits

Quỹ đạo địa tĩnh

HEO

Highly elliptical orbit

Quỹ đạo elip cao

HPA

High Power Amplifier

Bộ khuyếch đại công suất lớn

ISP

Internet Service Provider

nhà cung cấp dịch vụ Internet

International

Tổ chức viễn thông quốc tế

ITU

Telecommunication Union

Low earth orbits

Quỹ đạo mặt đất tầm thấp

LEO

Low Noise Amplifier

Bộ khuyếch đại tạp âm thấp

LNA

MEO

Medium Earth orbit

Quỹ đạo vệ tinh tầm trung

NOC

Network Operations Center

Trung tâm điều hành mạng

Satellite Earth Station

Trạm thông tin vệ tinh mặt đất

SES

Saturated Flux Density

Mật độ thông lượng bão hòa

SFD

TTVT

Thông tin vệ tinh

Viet Nam Post and

VNPT

Tập đoàn bưu chính viễn thông Việt Nam

Telecommunications Group

VSAT

Very small aperture terminal

Đầu cuối có khẩu độ rất nhỏ

VTI

Vietnam Telecom International Công ty Viễn Thông Quốc tế

Danh mục chữ viết tắt

MỞ ĐẦU

Thông tin vệ tinh đã trở thành một phương tiện thông tin phổ biến trên thế

giới cũng như Việt Nam. Ngày nay, có thể thấy thông tin vệ tinh trong rất nhiều

lĩnh vực, như truyền hình, truyền số liệu, điện thoại vệ tinh ...

Với ưu điểm vùng phủ sóng lớn, dịch vụ cung cấp đa dạng đã khiến thông

tin vệ tinh trở thành phương tiện hữu hiệu kết nối thông tin giữa các vùng địa lý

với nhau, đặc biệt là đối với các vùng xa xôi như biên giới, hải đảo nơi các

phương tiện thông tin khác khó đạt đến.

Với các ưu thế trên,thông tin vệ tinh đang phát triển mạnh mẽ trên thế

giới, Việt Nam cũng không đứng ngoài xu thế đó. Tuy nhiên, việc phát triển hệ

thống thông tin vệ tinh dẫn tới số lượng vệ tinh trên quỹ đạo tăng nhanh, thực tế

chỉ trong bốn năm ( từ năm 2008-2012) Việt Nam đã đưa vào hoạt động hai vệ

tinh Vinasat-1 và Vinasat 2. Do đó vấn đề Tính toán đường truyền cho hệ thống

thông tin vệ tinh (khi có kể tới nhiễu giữa các vệ tinh lân cận) là cấp thiết để

đảm báo chất lượng dịch vụ cung cấp cho khách hàng. Luận văn sẽ trình bày

phương pháp tính, khảo sát ảnh hưởng của nhiễu kênh lân cận tới chất lượng

tuyến thông tin vệ tinh cũng như xây dựng phần mềm tính toán chất lượng kênh

thông tin vệ tinh khi kể tới nhiễu kênh lân cận.

Ngoài ra, tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Nguyễn Viết Kính đã tận

tình giúp đỡ, hướng dẫn tôi hoàn thành cuốn luận văn này.

CHƢƠNG 1 :TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN

VỆ TINH

1.1 Lịch sử phát triển của hệ thống vệ tinh

Ngày nay vệ tinh được sử dụng trong nhiều lĩnh vực như nghiên cứu, thông

tin, truyền hình và có vai trò ngày càng quan trọng. Để hiểu rõ hơn tầm quan trọng

của hệ thống thông tin vệ tinh, ta điểm qua lịch sử phát triển của nó [9]:

- Vào cuối thế kỷ 19, nhà bác học Nga Tsiolkovsky (1857-1935) đã đưa ra các

khái niệm cơ bản về tên lửa đẩy dùng nhiên liệu lỏng. Ông cũng đưa ra ý tưởng về

tên lửa đẩy nhiều tầng, các tàu vũ trụ có người điều khiển thăm dò vũ trụ.

- Năm 1926 Robert Hutchinson Goddard thử nghiệm thành công tên lửa đẩy

dùng nhiên liệu lỏng.

- Tháng 5 năm 1945 Arthur Clarke nhà vật lý nổi tiếng người Anh đồng thời là

tác giả của mô hình viễn thông thông tin toàn cầu, đã đưa ra ý tưởng 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

- Năm 1958 bức điện đầu tiên được 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.

- Năm 1964 thành lập tổ chức TTVT quốc tế INTELSAT.

- Năm 1965 ra đời hệ thông TTVT thương mại đầu tiên INTELSAT – 1 với

tên gọi Early Bird.

- Năm 1965 Liên Xô phóng vệ tinh MOLNYA lên quỹ đạo elip.

- Năm 1971 thành lập tổ chức TTVT quốc tế INTERSPUTNIK gồm Liên Xô

và 9 nước XHCN.

- Năm 1972 – 1976 Canada, Mỹ, Liên Xô, Indonesia 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 đưa 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 tưởng 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 như

GLOBAL STAR, IRIDIUM, ICO, SKYBRIGDE, TELEDESIC

Sự phát triển của hệ thống thông tin vệ tinh tại Việt Nam :

- Năm 1980 khánh thành trạm TTVT mặt đất HOASEN – 1 nằm trong hệ

thống TTVT INTERPUTNIK, được đặt tại làng DO LỄ - KIM BẢNG – HÀ

NAM.

- Năm 1984 khánh thành trạm mặt đất HOASEN – 2 đặt tại TPHCM.

- Lúc 5h50 rạng sáng ngày 19/4, tên lửa Ariane 5 của Arianespace đã kết thúc

cuộc hành trình đưa Vinasat-1 của Việt Nam vào quỹ đạo

- Được phóng thành công lên không gian vào lúc 5h13 phút ngày 16/5/2012

(theo giờ Việt Nam), vệ tinh VINASAT-2 đã được đưa từ quỹ đạo chuyển đổi

đến quỹ đạo địa tĩnh (cách trái đất gần 36.000km) và đến ngày 21/5, vệ tinh

VINASAT-2 đã được định vị thành công tại vị trí quỹ đạo 131,8 độ Đông

1.2 Cấu trúc của một hệ thống thông tin vệ tinh

Cấu trúc hệ thống thông tin vệ tinh được trình bầy trong hình 1.1, trong đó

bao gồm phần không gian và trạm mặt đất. Phần không gian ở đây được hiểu là

vệ tinh và toàn các thiết bị phục vụ điều khiển theo dõi vệ tinh. Phần mặt đất

bao gồm các trạm mặt đất, chúng thường được kết nối tới thiết bị đầu cuối sử

dụng thông qua một mạng mặt đất hoặc với các trạm nhỏ như VSAT chúng

được kết nối trực tiếp. Sóng vô tuyến phát đi từ trạm mặt đất và được vệ tinh

tiếp nhận, gọi là đường lên (Uplink)/ Vệ tinh chuyển tiếp sóng mang này tới

trạm thu, gọi là đường xuống (Downlink)

PHẦN KHÔNG GIAN

Trạm Điều Khiển

Đường xuống (Downlink)

Đường lên (Uplink)

Trạm phát

Trạm thu

PHẦN MẶT ĐẤT

Hình 1. 1: Cấu trúc hệ thống TTVT [8]

1.2.1 Phần không gian

Có thể coi vệ tinh là một trạm phát lặp tích cực trên tuyến thông tin siêu cao tần

giữa trạm mặt đất – vệ tinh – trạm mặt đất thu, cấu trúc gồm hai phần chính

Tải hữu ích ( Payload)

Tải hữu ích hay còn gọi là tải thông tin là một bộ phận cơ bản của vệ tinh thông

tin, đảm nhiệm vai trò phát lặp của một vệ tinh thông tin. Nó thực hiện các chức

năng chính sau:

+ Thu tín hiệu từ các trạm mặt đất cho phát lên trong dải tần và phân cực đã định.

+ Khuếch đại tín hiệu thu từ trạm mặt đất phát và giảm mức nhiễu tín hiệu tối đa.

+ Đổi dải tần tuyến lên thành dải tần tuyến xuống.

+ Cấp tín hiệu với mức công suất yêu cầu trong dải tần đã định ra anten phát.

+ Truyền tín hiệu cao tần trong dải tần và phân cực đã định đến anten của trạm

thu mặt đất.

Tải hữu ích cần đảm bảo các tính năng sau:

+ Đảm bảo thu và phát các kênh sóng trong dải tần và phân cực đã định.

+ Đảm bảo các vùng phủ sóng trên mặt đất theo yêu cầu.

+ Đảm bảo công suất bức xạ đẳng hướng tương đương EIRP trên các vùng phủ

sóng của vệ tinh.

+ Đảm bảo hệ số phẩm chất G/T của máy thu với tín hiệu phát của từng vùng

phủ sóng lên.

+ Đảm bảo yêu cầu về tuyến tính.

+ Đảm bảo mật độ tin cậy của kênh truyền trong suốt thời gian sống của vệ tinh.

Payload trên một vệ tinh gồm : bộ phát đáp và các anten để thu tín hiệu

a)Bộ phát đáp

Bộ phát đáp là một thiết bị quan trọng của một vệ tinh thông tin, nó thực

hiện chức năng thu sóng vô tuyến từ trạm mặt đất phát từ tuyến lên, sau đó

khuếch đại và đổi tần tín hiệu rồi phát xuống trạm mặt đất theo hướng xuống

b)Anten trên vệ tinh :

Anten trên vệ tinh có chức năng nhận tín hiệu cao tần truyền lên từ các trạm

mặt đất và gửi tín hiệu cao tần xuống trạm thu. Các vệ tinh địa tĩnh thường dùng loại anten phát tia bao trùm (Global Beam) có độ rộng mức suy hao 3dB là 170 – 180. Anten búp sóng nhọn chừng vài độ dùng để phủ sóng một vùng hẹp nhất

định gọi là chùm vết (Spot Beam), loại này đảm bảo công suất không thay đổi

trong vùng bao phủ. Để điều khiển hình dáng vùng phủ trên mặt đất và công

suất phát ra theo ý muốn, các anten trên vệ tinh được trang bị đầu thu phát sóng

và kết cấu bề mặt phản xạ. Ngoài ra để đảm bảo yêu cầu chất lượng trong vùng

phủ sóng và không gây can nhiễu ra các vùng khác ngoài vùng phủ sóng của vệ

tinh, các anten trên vệ tinh có mặt phản xạ cấu trúc đặc biệt đảm bảo dạng vùng

phủ sóng và chất lượng trong vùng phủ sóng theo yêu cầu, đồng thời phần ngoài

biên mức giảm 3dB tín hiệu phải giảm rất nhanh.

c)Phần thân :

Phần thân không tham gia trực tiếp vào quá trình phát lặp của hệ thống

thông tin vệ tinh, nhưng nó đảm bảo các điều kiện yêu cầu cho tải hữu ích thực

hiện chức năng của một trạm phát lặp. Phần thân có các thành phần sau :

- Hệ duy trì vị trí và tư thế bay của vệ tinh

Tác dụng để ổn định tư thế bay của vệ tinh. Tư thế bay của vệ tinh liên quan đến

việc định hướng trong không gian, phần lớn các thiết bị mang trên tàu vũ trụ là

nhằm hỗ trợ cho việc điều khiển tư thế bay của vệ tinh. Tư thế của vệ tinh có thể 9

bị thay đổi do ảnh hưởng bởi trường hấp dẫn của trái đất, của mặt trăng, các bức

xạ của mặt trời. Việc điều khiển tư thế vệ tinh cần phải biết các thông số của

việc định hướng vệ tinh trong không gian và một vài chiều hướng dịch chuyển.

Để phát hiện những sai lệch người ta dùng một hệ thống các cảm biến, con quay

hồi chuyển... Ngoài ra, thành phần này còn có tác dụng ổn định vị trí vệ tinh

đúng quỹ đạo. Vệ tinh địa tĩnh trên quỹ đạo thường bị xê dịch do nhiều nguyên

nhân: đường xích đạo trái đất không tròn lý tưởng, tác động trọng trường của

mặt trời- mặt trăng... do vậy phải dùng các động cơ để đưa vệ tinh về lại đúng vị trí. Thông thường dung sai cho phép là 0.050 theo hướng Bắc – Nam và 0.050

theo hướng Đông- Tây.

- Hệ giám sát và điều khiển

Hệ giám sát điều kiện rất cần thiết cho sự vận hành có hiệu quả của vệ tinh

thông tin, nó là một phần trong nhiệm vụ quản lý vệ tinh. Nó thực hiện các chức

năng chính : Cung cấp các thông tin vệ tinh cho trạm điều khiển mặt đất, nhận

lệnh điều khiển vị trí của trạm điều khiển ở mặt đất, giúp trạm điều khiển ở mặt

đất theo dõi tình trạng thiết bị trên vệ tinh.

- Hệ cung cấp năng lượng

Nguồn điện dùng để cung cấp cho các thiết bị trên vệ tinh được lấy chủ yếu từ

các tế bào pin mặt trời. Pin mặt trời có thể làm bằng Si hoặc GaAs. Công suất

của pin cung cấp phụ thuộc vào cường độ ánh sáng chiếu vào, nó đạt công suất

cực đại khi tia sáng chiếu tới vuông góc với mặt pin, khi các tia sáng song song

với mặt pin thì công suất thu được coi như bằng 0. Để các cánh pin luôn hướng

về phía mặt trời đảm bảo cung cấp năng lượng cho các thiết bị thì phải dùng các

bộ điều khiển tư thế.

- Hệ thống điều hòa nhiệt

Không gian vũ trụ là một môi trường nhiệt độ rất khắc nghiệt, vệ tinh trên quỹ

đạo có sự chênh lệch rất lớn giữa bên chịu ảnh hưởng của bức xạ mặt trời và

một bên là vùng bị che khuất. Ngoài ra vệ tinh cũng nóng lên vì nhiệt độ do các

thiết bị của nó tỏa ra và các bức xạ của các thiên thể khác. Nhiệm vụ của hệ điều

hòa nhiệt là luôn duy trì cho các thiết bị trên vệ tinh được làm việc trong dải 10

nhiệt độ thích hợp, ổn định. Người ta khống chế nhiệt độ các phần khác nhau

trên vệ tinh bằng cách cho trao đổi nhiệt giữa các điểm có nhiệt độ khác nhau

hoặc sử dụng thiết bị điều chỉnh nhiệt độ.

1.2.2 Phân đoạn mặt đất

Hình 1.2: Phân đoạn mặt đất

Phân đoạn mặt đất bao gồm toàn bộ hệ thống trạm thu – phát mặt đất. Khi

muốn thiết lập đường liên lạc với 2 điểm trực tiếp với nhau trên Trái đất thông

qua trạm chuyển tiếp vệ tinh thông tin người ta phải thiết lập 2 trạm trên mặt đất.

Do đó có tên gọi là trạm mặt đất thông tin vệ tinh SES (Satellite Earth Station)

làm chức năng phát tín hiệu lên vệ tinh và thu tín hiệu từ vệ tinh về- thực hiện

kết nối vệ tinh thông tin với các mạng vệ tinh mặt đất.

Cấu trúc của một trạm mặt đất được thể hiện trong hình 1.2.Theo hướng

lên, luồng thông tin của các mạng mặt đất được đưa tới trạm mặt đất thông qua

giao diện kết nối mạng mặt đất. Các luồng tín hiệu này sau đó được ghép kênh

và định dạng lại, được điều chế bởi sóng mang trung tần (thường là 70MHz).

Tín hiệu trung tần này tiếp tục được biến đổi tới sóng mang cao tần mong muốn.

Các sóng mang cao tần có thể được phát đồng thời và mặc dù có tần số khác

nhau nhưng được xác định theo nhóm băng tần chẳng hạn 6GHz, 14 GHz, . . .

Các sóng mang có thể là các sóng mang đa điểm, có nghĩa là nó được thu tại

nhiều điểm khác nhau.

- Các sóng mang cao tần tiếp tục được kết hợp lại với nhau thông qua bộ tổ hợp

(Combiner) để thành tín hiệu băng rộng và được đi qua bộ khuyếch đại công

suất lớn(HPA). Tín hiệu băng rộng được đưa tới anten thông qua bộ phối hợp

(Diplexer), cho phép anten thu và phát tín hiệu đồng thời.

- Anten thực hiện đồng thời hai chức năng thu và nhận tín hiệu nhưng ở các dải

tần số khác nhau chẳng hạn: trong băng tần C tín hiệu được phát lên ở tần số

6GHz và thu ở tần số 4GHz (6/4 GHz), băng tần Ku tín hiệu được phát lên ở tần

số 14GHz và thu ở tần số 12GHz (14/12GHz).

- Ở hướng xuống, tín hiệu băng rộng đi qua bộ khuếch đại tạp âm thấp (LNA) và

đi tới bộ chia (divider), chia thành các sóng mang cao tần riêng rẽ, được biến đổi

xuống tần số trung tần đi tới bộ giải điều chế. Tín hiệu sau bộ giải điều chế được

đưa tới giao diện mạng mặt đất theo các tuyến mong muốn.

1.3 Một số đặc điểm của thông tin vệ tinh :

Ưu điểm

- Giá thành TTVT không phụ thuộc vào cự ly giữa hai trạm, trên thực tế giá

thành là như nhau ở cự ly truyền 5000 km và 100 km

- Có khả năng thông tin quảng bá cũng như thông tin điểm-điểm. Một vệ tinh

có thể phủ sóng cho một vùng rộng lớn trên mặt đất (vệ tinh địa tĩnh có búp

sóng chính có vùng phủ sóng chiếm 1/3 bề mặt trái đất), như vậy một trạm mặt

đất có thể thông tin với nhiều trạm mặt đất khác trong vùng phủ sóng đó. Nếu

có 3 vệ tinh địa tĩnh ở 3 vị trí thích hợp thì sẽ phủ sóng toàn cầu, các dịch vụ

thông tin toàn cầu sẽ được thực hiện.

- Có thể thực hiện nhiều loại dịch vụ thông tin băng rộng cũng như các dịch vụ

khác. Độ rộng băng tần của mỗi bộ phát lặp (repeater) có thể lên tới hàng chục 12

MHz. Mỗi bộ lặp có thể sử dụng cho 2 trạm mặt đất trong vùng phủ sóng của

vệ tinh. Các hệ thống thông tin trên mặt đất thường giới hạn ở cự ly gần (ví dụ

như truyền hình nội hạt) hoặc cho các trung kế dung lượng nhỏ giữa các thị

trường chính.

- Ít chịu ảnh hưởng của mặt đất : do độ cao lớn nên thông tin vệ tinh ít chịu

ảnh hưởng của bởi địa hình thiên nhiên như đồi núi, thành phố, đại dương ...

Sóng vô tuyến có thể truyền tới các vùng xa xôi hẻo lánh, bởi vậy đây là lựa

chọn tốt nhất cho thông tin liên lạc với các vùng chưa phát triển.

Tuy nhiên thông tin vệ tinh cũng có những nhược điểm như :

- Khoảng cách truyền dẫn xa nên suy hao lớn

- Giá thành hệ thống cao, chi phí phóng vệ tinh tốn kém, có xác suất rủi ro

lớn.

- Dù giá thành cao nhưng thời gian khai thác ngắn, khi gặp sự cố khó bảo

dưỡng, sửa chữa và nâng cấp.

- Do quãng đường truyền dài từ trạm mặt đất- vệ tinh nên tín hiệu truyền có độ

trễ đáng kể.

- Vệ tinh được mong muốn sẽ cố định so với mặt đất nhưng thực tế vệ tinh

luôn có sự chuyển động tương đối so với mặt đất.

1.4 Các dạng quỹ đạo vệ tinh

Tùy thuộc vào các mục đích khác nhau mà vệ tinh có thể bay ở các quỹ đạo

tròn và elip [6]

Hình 1.3: Các dạng quỹ đạo của vệ tinh

1.4.1 Quỹ đạo tròn

Các quỹ đạo thấp (LEO) : loại quỹ đạo này vệ tinh bay ở độ cao khoảng

400 km đến 1200 km có chu kỳ quay khoảng 90 phút. Thời gian quan sát thấy

vệ tinh khoảng 30 phút hoặc ít hơn. Dạng quỹ đạo này thường sử dụng cho vệ

tinh quan trắc cả quân sự và dân dụng. Nhờ quỹ đạo thấp nên thời gian trễ

truyền tín hiệu bé nên cũng thích hợp cho thông tin di động sử dụng các chòm

vệ tinh như: các chòm vệ tinh IRIDIUM, GLOBALSTAR.

Quỹ đạo trung bình (MEO) : vệ tinh bay ở độ cao trong khoảng 10000 –

20000 km, chu kỳ bay của vệ tinh từ 5 – 12 giờ. Thời gian quan sát thấy vệ tinh

từ 2 – 4 giờ. Quỹ đạo loại này có ưu điểm chỉ cần 10 vệ tinh là có thể phủ sóng

toàn cầu.

Quỹ đạo địa cực: là quỹ đạo tròn đi qua hai cực của Trái Đất, có vùng bao

phủ dài hạn là toàn cầu. Ưu điểm của quỹ đạo này là mỗi điểm trên mặt đất nhìn

thấy vệ tinh trong một khoảng thời gian nhất định. Việc phủ sóng toàn cầu của

dạng quỹ đạo này là khả thi thì quỹ đạo bay của vệ tinh sẽ lần lượt quét tất cả

các vị trí trên mặt đất. Quỹ đạo này thường được sử dụng cho các vệ tinh dự báo

thời tiết, hàng hải, vệ tinh do thám nhưng ít được sử dụng cho thông tin vì thời

gian xuất hiện ít.

Quỹ đạo địa tĩnh (GEO) là quỹ đạo tròn nằm trong mặt phẳng xích đạo ở

độ cao khoảng 36786 km so với đường xích đạo. Vệ tinh ở quỹ đạo này có tốc

độ bay đồng bộ với tốc độ quay của trái đất (chu kỳ T là 23 giờ 56 phút 4 giây).

Do đó, vệ tinh gần như đứng yên tại một điểm nào đó so với Trái đất. Quỹ đạo

địa tĩnh thích hợp hơn cho các loại hình thông tin quảng bá như: phát thanh,

truyền hình...Còn cho thông tin thoại có yêu cầu thời gian thực cao thì không

được tốt vì thời gian trễ do truyền sóng lớn.

1.4.2 Quỹ đạo elip

Quỹ đạo này với tâm điểm của Trái Đất là một trong hai tiêu điểm của

elip. Ưu điểm của loại quỹ đạo này là vệ tinh có thể đạt được tới các vùng cực

cao mà các vệ tinh địa tĩnh không thể đạt tới, dạng quỹ đạo càng dẹt thì càng

thuận lợi cho thông tin ở vĩ độ cao. Quỹ đạo dạng elip nghiêng có nhược điểm là

hiệu ứng Doppler lớn và vấn đề điểu khiển bám vệ tinh phải ở mức cao.

1.4.3 Quỹ đạo đồng bộ mặt trời

Là một loại quỹ đạo gần như địa cực, mặt phẳng quỹ đạo giữ một góc

không đổi so với trục Trái Đất – Mặt trời, dạng quỹ dạo này được sử dụng cho

vệ tinh quan trắc mặt đất

1.5 Các băng tần cho thông tin vệ tinh

Thông tin vệ tinh là hệ thống thông tin sử dụng phương thức truyền dẫn

vô tuyến, bởi vậy việc lựa chọn và ấn định băng tần công tác cho các dịch vụ

thông tin vô tuyến là rất quan trọng. Nó phải thỏa mãn 2 điều kiện cơ bản :

không gây can nhiễu lên các hệ thống thông tin vô tuyến khác cũng như các dịch

vụ thông tin vô tuyến trong mạng và phải có tổn hao truyền sóng nhỏ để giảm

kích thước và giá thành của thiết bị.

a.Cửa sổ tần số vô tuyến điện

- Khí quyển trái đất được chia thành 3 tầng: lớp khí quyển dưới cùng tới độ

cao 11km gọi là tầng đối lưu, các hiện tượng thời tiết như mưa, bão, sương mù

... đều xảy ra trong tầng đối lưu. Tiếp đó là tầng bình lưu, có giới hạn trên

khoảng 35 km và trên cùng là tầng điện ly có độ cao khoảng 50 km – 400 km

- Tầng điện ly là một lớp khí bị ion hóa mạnh nên mật độ chất khí chủ yếu là

các điện tử tự do và các ion. Nó có tính chất hấp thụ và phản xạ sóng vô tuyến

điện. Bằng việc khảo sát thực tế người ta thấy tầng điện ly chỉ phản xạ với băng

sóng ngắn trở xuống. Tần số càng cao ảnh hưởng bởi tầng điện ly càng ít, ở các

tần số trong băng viba hầu như không bị ảnh hưởng bởi tầng điện ly.

- Trong tầng đối lưu sóng vô tuyến bị hấp thụ bởi các phân tử khí như oxi, hơi

nước, CO2 ...cũng như trong mưa và sương mù. Nhưng ở các tần số khoảng 10

GHZ trở xuống hấp thụ không đáng kể, có thể bỏ qua. Khoảng tần số đó gọi là

“cửa sổ vô tuyến”.(hình 1.4)

- Nếu sử dụng băng tần nằm trong “cửa sổ vô tuyến” tức là khoảng từ 1GHZ

đến10GHZ thì suy hao do tầng điện ly và tầng đối lưu là không đáng kể và suy

hao truyền sóng gần như bằng suy hao không gian tự do.

Hình 1.4: Sự phụ thuộc hấp thụ khí quyển vào tần số

Như đã thấy băng tần lý tưởng nhất sử dụng cho thông tin vệ tinh cũng

như các hệ thống vi ba khác là băng tần nằm trong “cửa sổ vô tuyến” vì các tần

số nằm trong “cửa sổ vô tuyến” có suy hao trong khí quyển là nhỏ nhất. Trong

điều kiện bình thường có thể bỏ qua.

b. Bảng phân chia các băng tần [1]

 Băng tần C

Băng tần C (6/4 GHz) được sử dụng phổ biến trong các mạng FSS vì điều

kiện truyền sóng thuận lợi (ít bị ảnh hưởng do mưa) và thiết bị dễ chế tạo.

Đặc điểm vệ tinh

Các loại vệ tinh sử dụng băng tần C có dải rộng các đặc tính chính tuỳ

thuộc vào cấp bao phủ vùng trái đất.(xem bảng 1.1)

Bảng1.1 : Các tham số chính của vệ tinh trong băng tần C

Tham số Vùng phủ

Toàn cầu Khu vực Nội địa Hệ số khuếch đại anten

16-25 23-26 28-32 Phát

Thu 16-26 21-25 22-30

EIRP (dBW) 22-29 25-35 25-39

Nhiệt độ tạp âm (K) 800 - 2000 801 - 2000 802 - 2000

G/T (dB/K) -16 tới - 6 -14 tới - 4 -21 tới 3

Đặc điểm trạm mặt đất

Kể từ khi mới phát triển các trạm mặt đất băng C có kích thước anten lớn.

Trong khi các trạm mặt đất hoạt động trong mạng lưới vệ tinh INTELSAT có

kích thước lớn (18 đến 32 mét), xu hướng phát triển ngày nay anten trạm mặt

đất ngày càng nhỏ đi cùng với việc công suất vệ tinh tăng lên như trong phủ

sóng truyền hình hoặc VSAT. Các tham số chính của trạm mặt đất trong băng

tần C được ghi trong bảng 1.2

Bảng 1.2 : Các tham số chính của trạm mặt đất trong băng tần C

Vùng phủ Tham số Toàn cầu Khu vực Nội địa

Kích thước anten (m) 4.5-32 3 - 13 1.2 - 30

Hệ số khuếch đại anten(dBi)

43-61 39-53 33-60 Phát

Thu 43-61 39-53 33-60

Công suất phát kW 0.01-3 0.03-3 0.001-1.2

EIRP (dBW) 57-99 57-81 36-94

Nhiệt độ tạp âm (K) 50-150 50-150 50-150

G/T (dB/K) 23-41 22 - 38 11- 41

 Băng tần X 8/7 GHz

Băng tần X (7,9-8,4 GHz / 7,25-7,75 GHz) được sử dụng nhiều cho các

hệ thống thông tin quân sự. Các đặc tính hệ thống vệ tinh ở băng tần này cũng

có phạm vi rộng như các hệ thống băng tần C kể trên.

 Băng tần Ku 14/11 GHz hoặc 14/12 GHz

Ngày nay, việc sử dụng băng tần Ku đang trở nên rộng rãi, đặc biệt phù

hợp cho các ứng dụng yêu cầu kích thước anten trạm mặt đất càng nhỏ càng tốt.

Đặc điểm vệ tinh

Đặc điểm chính vệ tinh của các hệ thống sử dụng băng tần Ku thay đổi

tùy thuộc vào ứng dụng.

Bảng 1.3 Các tham số chính của vệ tinh trong băng tần Ku

Tham số Vùng phủ

Toàn cầu Khu vực Nội địa Hệ số khuếch đại anten

29-37 24-29 28-35 Phát

Thu 28-36 23-28 28-38

EIRP (dBW) 38-48 35-52 44-53

Nhiệt độ tạp âm (độ K) 800 - 2000 801 - 2000 802 - 2000

G/T (dB/K) 0 - 3 -1 tới 11 -5 tới 9

Đặc điểm trạm mặt đất

EIRP của vệ tinh ở băng tần Ku cao cho phép sử dụng anten trạm mặt đất

nhỏ, tới 1 mét hoặc nhỏ hơn nữa. Điều đó cho phép anten trạm đất có thể đặt ở

nhà khách hàng, giảm giá thành chi phí và tạo điều kiện phát triển các ứng dụng.

Băng tần Ku vì thế đặc biệt thích hợp cho các ứng dụng như phát truyền hình

quảng bá tới tận nhà (Direct-To-Home) và VSAT cho các mạng thông tin

thương mại.

Bảng 1.4 các tham số chính của trạm mặt đất băng tần Ku điển hình

Vùng phủ Tham số Toàn cầu Khu vực Nội địa

Kích thước anten (m) 3.5-17 1-12 1-11

Hệ số khuếch đại anten(dBi)

52-65 42-62 42-61 Phát

Thu 50-63 40-59 40-58

Công suất phát kW 0.01-0.6 0.01-0.25 0.01-1

EIRP (dBW) 62-93 52-83 52-91

Nhiệt độ tạp âm (độ K) 150-250 150-250 150-250

G/T (dB/K) 26-41 12-38 16-37

 Băng tần Ka30/20 GHz

Băng tần Ka được sử dụng rất hạn chế vì điều kiện truyền sóng rất khó

khăn do bị suy hao lớn vì mưa. Một số nước đang nghiên cứu thực nghiệm các

ứng dụng trên băng tần này như Mỹ, Đức, Italy, Nhật Bản. Đặc điểm ở băng tần

này là do phổ tần của băng tần này rất lớn nên có thể dễ dàng sử dụng lại băng

tần nhiều lần bằng các chùm tia nhỏ. Tuy nhiên EIRP của cả vệ tinh và trạm

mặt đất phải rất lớn để bù lại suy hao do mưa.

Đặc điểm vệ tinh

Bảng 1.5 các tham số chính của vệ tinh băng tần Ka :

Tham số Vùng phủ

Nội địa

25-50

Hệ số khuếch đại anten(dBi) Phát Thu 25-50

EIRP (dBW) 37-56

Nhiệt độ tạp âm (độ K) 1300-1600

G/T (dB/K) -5 tới 19

Đặc điểm trạm mặt đất

Băng tần Ka cho phép sử dụng anten trạm mặt đất rất nhỏ. Tuy nhiên để

đảm bảo chỉ tiêu chất lượng của tuyến theo yêu cầu việc sử dụng kỹ thuật Điều

khiển Công suất Phát lên (Up-link Power Control UPC) và phân tập trạm mặt

đất theo địa lý là cần thiết.

Bảng 1.6 các tham số của trạm mặt đất băng tần Ka

Tham số Vùng phủ nội địa

Kích thước anten (m) 1-13

45-66

Hệ số khuếch đại anten(dBi) Phát Thu 42-61

Nhiệt độ tạp âm (độ K) 320-400

G/T (dB/K) 17-42

Tóm Tắt chƣơng :

Chương 1 đã trình bày tổng quan về hệ thống thông tin vệ tinh, bao gồm

quá trình phát triển nhanh chóng của hệ thống TTVT trên thế giới cũng như ở

Việt Nam, các dạng quỹ đạo, cấu trúc và những thành phần chính của hệ thống.

Từ đó phân tích ưu nhược điểm của TTVT. Điều này giúp ta hiểu rõ hệ thống

TTVT và đặc biệt là hệ thống Vinasat- sẽ được trình bày trong chương 2.

CHƢƠNG 2 : ĐẶC ĐIỂM THÔNG TIN VỆ TINH

VINASAT

Trong phần này sẽ trình bày thông số kỹ thuật của vệ tinh Vinasat, phần

không gian của vệ tinh, trạm mặt đất và vùng phủ sóng của vệ tinh.

Căn cứ vào chỉ thị của Chính phủ, từ tháng 12/1997 BQP đã cùng các Bộ,

Ngành khác, phối hợp với Tổng cục Bưu điện tiến hành nghiên cứu tiền khả thi

dự án phóng vệ tinh viễn thông đầu tiên của Việt Nam, Sau một thời gian dài

chuẩn bị. Dự án Phóng vệ tinh viễn thông Việt Nam (Vinasat) đã được Thủ

Tướng Chính Phủ phê duyệt đầu tư tại Quyết định số 1104/QĐ-TTg ngày

18/10/2005 và Tập đoàn Bưu chính Viễn thông Việt Nam (VNPT) được giao

nhiệm vụ làm chủ đầu tư, thực hiện dự án. Dựa trên các tiêu chí: đảm bảo an

toàn và giảm thiểu rủi ro về tiến độ; đáp ứng chỉ tiêu kỹ thuật, độ tin cậy

yêu cầu, công nghệ hiện đại, đã qua trải nghiệm; có các điều kiện điều

khoản thương mại cũng như giá cả hợp lý của dự án, sau khi xem xét bản thảo

cuối cùng của các nhà thầu, được sự chấp thuận của Chính phủ, Ban chỉ đạo

Quốc gia dự án Vinasat, các Bộ, Ngành liên quan, VNPT đã lựa chọn nhà thầu

Lockheed Martin Commercial Space Systems, tập đoàn sản xuất thiết bị quốc

phòng và công nghệ vũ trụ lớn nhất của Mỹ là đơn vị trúng thầu Dự án phóng vệ

tinh viễn thông Việt Nam VINASAT.

Vệ tinh VINASAT do hãng Lockheed Martin (Mỹ) sản xuất và được

phóng lên quỹ đạo bằng tên lửa đẩy Adrian - 5 Pháp). Vị trí quỹ đạo là 132độE

(132 độ đông). Vệ tinh có trọng lượng khoảng 2,8 tấn, tuổi thọ hoạt động 15

năm. Băng tần hoạt động: băng C mở rộng và băng Ku với vùng phủ sóng rộng

lớn gồm Việt Nam, Đông Nam Á, Đông Trung Quốc, Ấn Độ, Triều Tiên, Nhật

Bản,Úc và Hawai.

Trung tâm Thông tin Vệ tinh Vinasat do Công ty VTI thuộc tập đoàn Bưu chính

viễn thông Việt Nam thành lập sẽ đảm trách việc quản lý, vận hành, khai thác và

kinh doanh dịch vụ trên Vinasat.

2.1. Thông tin vệ tinh VINASAT-1

2.1.1Thông tin tổng quan về vệ tinh VINASAT-1

 Vị trí quỹ đạo: Vệ tinh VINASAT -1 sẽ hoạt động tại vị trí quỹ đạo

địa tĩnh ở 1320E.

 Thời gian sống: Thời gian cung cấp dịch vụ từ 15 – 20 năm.

 Dung lượng thiết kế: Vệ tinh được thiết kế gồm 20 bộ phát đáp hoạt

động (08 bộ băng tần C mở rộng, 12 bộ băng tần Ku) với băng thông

36MHz/1 bộ, 08 bộ phát đáp dự phòng (04 bộ băng Ku, 04 bộ băng C

mở rộng)

 Vùng phủ sóng băng Ku: Việt Nam, Lào, Campuchia, Thái Lan và một

phần Myanmar.

 Vùng phủ sóng băng C: Việt Nam, Lào, Campuchia, Đông Nam Á,

đông Trung Quốc, Triều Tiên, Ấn Độ, Nhật Bản và Australia.

 Vệ tinh, thiết bị trạm điều khiển vệ tinh: do hãng Lockheed Martin

(Mỹ) cung cấp.

Tiếp theo sẽ trình bày một số nét chung về thông số kỹ thuật như băng tần, SFD,

EIRP... của vệ tinh Vinasat. [2]

2.1.2 Băng tần C mở rộng

Phân bổ tần số băng C

 Tần số phát Tx hoạt động trong dải từ 6.425 - 6.725 MHz, sử dụng

phân cực tuyến tính cả hai hướng Đứng (Vertical) và Ngang

(Horizontal).

 Tần số thu Rx hoạt động trong dải từ 3.400 - 3.700 MHz, sử dụng cả

hai phân cực Ngang và Đứng.(xem hình 2.1)

Hình 2.1:Phân bố phổ tần số băng tần C

Bảng 2.1giá trị Mật độ thông lượng bão hoà, EIRP và G/T của băng tần C:

SFD

Kinh

Vĩ độ

EIRP

G/T

độ

trung bình

Thành phố

Quốc gia

(Đông)

(Bắc)

(dBW/m²)

(dBW)

(dB/K)

Ha Noi Vietnam 105,87 21,02 -88,7 44,2 -0,3

Ho Chi Minh Vietnam 106,72 10,77 -88,8 43,7 -0,2

Hai Phong Vietnam 106,68 20,83 -88,7 44,2 -0,3

Da Nang Vietnam 108,23 16,07 -88,8 44,2 -0,2

Nha Trang Vietnam 109,17 12,25 -88,9 43,9 -0,1

Qui Nhon Vietnam 109,18 13,78 -88,9 44 -0,1

Hue Vietnam 107,58 16,47 -88,9 44,3 -0,1

Can Tho Vietnam 105,77 10,05 -88,8 43,5 -0,2

Nam Dinh Vietnam 106,17 20,42 -88,8 44,2 -0,2

Vinh Vietnam 105,67 18,67 -88,9 44,3 -0,1

My Tho Vietnam 106,35 10,35 -88,8 43,6 -0,2

Cam Ranh Vietnam 109,23 11,9 -88,9 43,8 -0,1

Vung Tau Vietnam 107,07 10,35 -88,8 43,6 -0,2

Phnompenh Cambodia 104,92 11,58 -88,9 43,7 -0,1

Bangkok Thailand 100,5 13,73 -88,8 43,5 -0,2

Chiang Mai Thailand 98,98 18,8 -88,2 43,7 -0,8

Thailand 99,97 8,4 -88,7 42,5 -0,3 Nakhon Si Thammarat

Singapore Singapore 103,85 1,28 -88,3 41,1 -0,7

Alor Star Malaysia 100,37 6,12 -88,8 42 -0,2

Kuching Malaysia 110,33 1,53 -87,7 41,5 -1,3

Malaysia 116,07 5,98 -86,9 41,7 -2,1 Kota Kinabalu

Jakarta Indonesia 106,8 -6,1 -86,6 39 -2,4

Surabaya Indonesia 112,75 -7,23 -86,4 39,3 -2,6

Medan Indonesia 98,65 3,58 -88,3 41 -0,7

Palembang Indonesia 104,75 -2,98 -87,5 39,8 -1,5

Indonesia 119,47 -5,15 -86,5 39 -2,5 Ujung Pandang

Padang Indonesia 100,35 -0,95 -87,7 39,7 -1,3

Kupang Indonesia 123,58 10,17 -86,4 40,6 -2,6

Manado Indonesia 124,85 1,48 -86,4 39 -2,6

Jayapura Indonesia 140,7 -2,53 -79,6 36,9 -9,4

Yangon Myanmar 96,17 16,78 -87,9 43,1 -1,1

Mandalay Myanmar 96,07 21,95 -87,8 43,2 -1,2

Manila Philippines 120,97 14,62 -86,6 41,4 -2,4

Davao Philippines 125,63 7,08 -86,4 39,5 -2,6

Cebu Philippines 123,93 10,28 -86,4 40,5 -2,6

Zamboanga Philippines 122,08 6,92 -86,4 40,5 -2,6

Brunei 114,97 4,93 -87,2 41,7 -1,8 Banda Seiri Begawan

Dacca Bangladesh 90,37 23,7 -87,3 42 -1,7

Chittagong Bangladesh 91,8 22,33 -87,6 42,3 -1,4

Beijing China 116,4 39,9 -87,6 40,1 -1,4

Shenyang China 121,4 41,8 -86,6 39,2 -2,4

Dalian China 121,6 38,9 -86,8 39,3 -2,2

Qingdao China 120,3 36,1 -87,4 39,5 -1,6

Shanghai China 121,4 31,1 -87,5 39,5 -1,5

Fuzhou China 119,3 26,1 -87,7 40,8 -1,3

Taipei China 121,5 25,1 -87,6 40,1 -1,4

Hong Kong China 114,2 22,3 -87,7 42,9 -1,3

Guangzhou China 113,3 23,1 -87,8 43 -1,2

Kunming China 102,7 25,1 -88,4 43,7 -0,6

2.1.3 Băng tần Ku

Phân bổ tần số băng ku

 Tần số phát Tx hoạt động trong dải từ 13.750 – 13.990 MHz và 14.255

– 14.495 MHz, chỉ sử dụng phân cực tuyến tính hướng Đứng

(Vertical).

 Tần số thu Rx hoạt động trong dải từ 10.950 – 11.200 MHz và 11.450

– 11.700 MHz, chỉ sử dụng một phân cực theo hướng Ngang

(Hoizontal)

Sơ đồ phân cực và tần số băng Ku

Hình 2.2: Sơ đồ phân bổ tần số băng Ku

Giá trị SFD, EIRP, G/T của băng Ku

SFD

Kinh độ

Vĩ độ

EIRP

G/T

trung bình

Thành phố

Quốc gia

(Đông) (Bắc) (dBW/m²) (dBW) (dB/K)

Hanoi Vietnam 105,85 21,02 -92,4 55 8,4

Ha Long Vietnam 107,08 20,95 -92,3 54,6 8,3

Dien Bien Vietnam 103,07 21,4 -92,3 54,9 8,3 Phu

Thanh Hoa Vietnam 105,82 19,78 -92 54,3 8

Da Nang Vietnam 108,2 16,02 -91,8 54 7,8

Nha Trang Vietnam 109,18 12,18 -91,9 54 7,9

Hochiminh Vietnam 106,7 10,75 -91,8 54 7,8 City

Can Tho Vietnam 105,77 10,02 -92,1 54,2 8,1

Hoang Sa Vietnam 113 16,33 -84,2 48,2 0,2

Truong Sa1 Vietnam 113 7 -81,5 46,7 -2,5

Truong Sa2 Vietnam 116,05 10,75 -82,5 47 -1,5

Bach Long Vietnam 107,7 20,15 -91,9 54,3 7,9 Vi

Bảng 2.2 : Giá trị SFD, EIRP, G/T của băng Ku

2.2Các chỉ tiêu kỹ thuật vệ tinh VINASAT-2

2.2.1Thông tin tổng quan vệ tinh Vinasat-2

 Vị trí quỹ đạo: 131.8 độ Đông

 Băng tần: Ku-Band

 Thời gian phóng 16/5/2012

 Tên lửa phóng Tên lửa Ariane 5 - ECA

 Thời gian sống: 15 năm

 Loại vệ tinh: A2100

 Ổn định: 3 trục (3-Axis)

 Trạm điều khiển : Quế Dương – Hà Nội, Việt Nam

Bến Cát – Bình Dương, Việt Nam

 Số lượng bộ phát đáp: 24 bộ hoạt động / tổng số 30 bộ

 Băng thông bộ phát đáp: 36MHz và 72 MHz

 Phân cực: Phân cực Đứng-H và phân cực Ngang-V

 EIRP cực đại: 58 dBW

 G/T cực đại: 10.5 dB/K

 SFD trong chế độ FGM: -(70+G/T) to -(90+G/T) dBW/m2

Sơ đồ bố trí bộ phát đáp, dải tần và phân cực được thể hiện tại hình 2.3

Hình 2. 3 Sơ đồ phân bổ tần số băng Ku [3]

2.2.2 Băng tần và vùng phủ sóng Định vị (Station Keeping) - Bắc/Nam - Đông/Tây : ± 0.050 : ± 0.050

Băng tần

- Vệ tinh VINASAT 2 sử dụng băng tần Ku - Dải tần đường lên: + 12.750 – 13.250 + 13.750 – 14.500

- Dải tần đường xuống: 10.70-11.70

Vùng phủ sóng Vệ tinh VINASAT 2 phủ sóng toàn bộ các quốc gia Việt Nam, Lào, Campuchia, Thái Lan, Myanma, Singapore và 1 phần Malaysia

Bảng dưới đây trình bày các tham số EIRP, G/T của vệ tinh Vinasat-2 tại

một số khu vực (băng tần Ku)

EIRP (dBW) G/T (dB/K) City

Hanoi 55.3 10

Danang 55.2 8.1

Hochiminh City 56 10.5

Phnom Penh 56.75 9.9

Vientiane 55.9 9.8

Bangkok 54.4 8.3

Hoang Sa 48.7 1.14

Truong Sa 1 47.6 0.2

Sittwe 50.2 3.6

Yangon 51.5 5.4

Pattani 50.8 5.9

Kuala_Lumpor 50.3 4.2

Bảng 2.3 Giá trị EIRP, G/T của vệ tinh Vinasat-2

Singapore 51.6 4.5

2.3 So sánh vệ tinh Vinasat-1 và Vinasat-2

Ngày 16/5/2012 vệ tinh Vinasat-2 được phóng lên quỹ đạo trong bối cảnh

dung lượng của quả vệ tinh Vinasat-1 đã được sử dụng gần hết. Dưới đây sẽ

trình bày một số thông tin so sánh giữa hai vệ tinh này của Việt Nam

Vùng phủ sóng

Vệ tinh Vinasat-1 được phóng lên quỹ đạo tại vị trí 1320 Đông, là vệ tinh

thương mại có dung lượng ở mức trung bình, cao 4m, nặng 2,6 tấn, có tuổi thọ

thiết kế khoảng 15 năm. Vinasat-1 có khả năng phủ sóng tới các vùng rộng lớn

gồm khu vực Đông Nam Á, Đông Trung Quốc, Ấn Độ, Triều Tiên, Nhật Bản,

Úc và Hawaii.

Còn vệ tinh Vinasat-2 có tọa độ 131.80 Đông, bao gồm 24 bộ phát đáp

băng tần Ku, với vùng phủ sóng là Việt Nam, Lào, Campuchia, Thái Lan và một

phần Myanmar. Trong khi Vinasat-1 có vùng phủ sóng băng Ku tại Việt Nam,

Lào Campuchia, Thái Lan thì Vinasat-2 mở rộng vùng phủ hơn với việc phủ

sóng thêm Malaysia và Myanmar. Như vậy việc bổ sung thêm vùng phủ tới

Malaysia và Myanmar, hệ thống vệ tinh Vinasat 1&2 của Việt Nam đã phủ sóng

tới hơn 10 nước trong khu vực.

Dung lƣợng và băng tần hoạt động

Vệ tinh Vinasat-2 có công suất lớn hơn, số bộ phát đáp nhiều hơn và có

dung lượng băng tần nhiều hơn. Nếu như Vinasat-1 được thiết kế gồm 20 bộ

phát đáp hoạt động, trong đó có 8 bộ băng tần C mở rộng, 12 bộ phát đáp hoạt

động ở băng Ku, với băng thông 36 MHz / 1 bộ. Vinasat-2 lại có tới 30 bộ phát

đáp băng tần Ku, gồm 24 bộ khai thác thương mại và sáu bộ dự phòng. Như vậy,

nếu chỉ tính các bộ phát đáp hoạt động, thì Vinasat-2 hơn Vinasat-1 bốn bộ phát

đáp, tương đương 20% dung lượng của Vinasat-1.

Trong khi Vinasat-1 chỉ có 12 bộ phát đáp băng tần Ku thì toàn bộ 24 bộ phát

đáp của Vinasat-2 đều ở băng tần Ku. Thực tế, khách hàng có nhu cầu sử dụng

băng tần Ku nhiều hơn, chính vì vậy khả năng đáp ứng, phục vụ thương mại của

Vinasat-2 sẽ cao hơn so với vệ tinh Vinasat-1.

Ứng dụng

Nếu như Vinasat-1 góp phần giúp Việt Nam sớm hoàn thành việc đưa các

dịch vụ viễn thông, internet và truyền hình đến tất cả các vùng sâu vùng xa,

miền núi và hải đảo..., đặc biệt hỗ trợ hiệu quả cho thông tin liên lạc, phát triển

kinh tế biển nói chung, phòng chống và ứng cứu đột xuất khi xảy ra bão lũ, thiên

tai..., thì Vinasat-2 sẽ tiếp tục củng cố an toàn cho mạng viễn thông quốc gia;

tiếp tục đáp ứng nhu cầu sử dụng dung lượng vệ tinh của thị trường trong nước

và khu vực.

Việc Vinasat-2 được phóng lên quỹ đạo với dung lượng lớn hơn Vinasat-

1 khoảng 20% sẽ cùng với vệ tinh Vinasat-1 tạo thành một hệ thống vệ tinh có

khả năng dự phòng về dung lượng và giảm thiểu rủi ro lẫn nhau giữa hai vệ tinh,

góp phần tăng cường độ an toàn, ổn định trong quá trình cung cấp dịch vụ cho

các khách hàng.

Bên cạnh đó, vị trí quỹ đạo 131,8 độ Đông của Vinasat-2 rất gần với vị trí

132 độ Đông của Vinasat-1, là một thuận lợi lớn trong cung cấp dịch vụ. Bởi lẽ

các antenna thu phát hướng vệ tinh Vinasat-1 có thể hoạt động với Vinasat-2 mà

không cần phải chỉnh hướng. Điều này sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho các khách

hàng khi sử dụng dịch vụ của Vinasat-2.

Tóm lại, việc tiếp tục phóng Vinasat-2 là nhằm tiếp tục tăng cường, củng

cố độ an toàn cho mạng viễn thông quốc gia, thúc đẩy sự phát triển lĩnh vực vệ

tinh viễn thông của Việt Nam; tiếp tục đáp ứng nhu cầu sử dụng dung lượng vệ

tinh của thị trường trong nước và khu vực; và góp phần giữ được vị trí quỹ đạo

của Việt Nam tại 131,8 độ Đông, tận dụng tối đa nguồn tài nguyên quỹ đạo vệ

tinh đã được Liên đoàn viễn thông quốc tế - ITU phân bổ cho Việt Nam.

2.4 Các dịch vụ cung cấp trên vệ tinh VINASAT-1&2

Loại hình dịch vụ chủ yếu của vệ tinh VINASAT-1&2 là cho thuê dung

lượng vệ tinh theo cả bộ phát đáp hoặc dung lượng lẻ (MHz hoặc Mbps). Thực

tế dung lượng vệ tinh sẽ được kinh doanh trên cơ sở hai loại sản phẩm này, hầu

hết các hãng khai thác vệ tinh đều triển khai các dịch vụ trọn gói bao gồm cả

phân đoạn không gian và mặt đất. Trong khi một số khách hàng ưa chuộng sử 32

dụng phương thức trọn gói đến dịch vụ cuối thì vẫn có những khách hàng muốn

tự sở hữu và khai thác mạng lưới trạm mặt đất và chỉ thuê một phần dung lượng

vệ tinh.

- Dịch vụ cho thuê băng tần vệ tinh: Khách hàng có thể thuê cả bộ phát

đáp hoặc thuê lẻ dung lượng. Đối tượng là các khách hàng sở hữu và

khai thác trạm mặt đất chỉ cần thuê băng tần vệ tinh. Các đài truyền

hình và phát thanh, các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông ở Việt Nam

hiện tại đã có sẵn hạ tầng cơ sở trạm mặt đất, do vậy các dịch vụ trọn

gói đối với những ứng dụng này là không cần thiết. Với nhu cầu đặc

thù của truyền hình và phát thanh sẽ chỉ cần sử dụng các dịch vụ

không thường xuyên. Dịch vụ không thường xuyên thường sử dụng

các dung lượng vệ tinh rỗi.

- Dịch vụ trọn gói: Là các dịch vụ mà VINASAT-1&2 cung cấp bao

gồm cả phân đoạn không gian và mặt đất. Ngoài các đối tượng khách

hàng thuê dung lượng vệ tinh, còn một lượng khách hàng là các thuê

bao trực tiếp sử dụng các dịch vụ trọn gói, VINASAT có thể cung cấp

những dịch vụ trọn gói sau đây:

+ Điện thoại ở các vùng xa vùng sâu.

+ Các dịch vụ mạng VSAT có khả năng cung cấp dịch vụ thoại

và truyền số liệu cho giới doanh nghiệp và chính phủ

+ Dịch vụ truy nhập Internet ở các vùng xa xôi

+ Dịch vụ hội nghị qua truyền hình

+ Phát hình SNG

+ Kênh thuê riêng..

Sau đây là một số mô hình cung cấp dịch vụ qua vệ tinh VINASAT-1&2:

2.3.1 Mạng VSAT:

Cung cấp các dịch vụ thoại, fax, Internet.. cho các trạm thuê bao, thường

được dùng cho các điểm Bưu điện VHX, các chi nhánh.. Hệ thống VSAT-

IP/VNS vừa được triển khai trong năm 2010, hoạt động với cả băng tần C và Ku

của vệ tinh VINASAT-1 do đó hoàn thiện khả năng cung cấp dịch vụ VSAT-IP 33

băng rộng đến mọi nơi trên lãnh thổ Việt Nam và bổ sung khả năng cung cấp

dịch vụ ra ngoài lãnh thổ Việt Nam.

2.3.2 Đường truyền dẫn Internet (Internet trunking) cho ISP:

Hình 2.4: Dịch vụ VSAT

Đây là dịch vụ cho phép nhà cung cấp dịch vụ Internet kết nối với mạng

Internet trên toàn thế giới. Dịch vụ này thường được kết nối từ nhà cung cấp

dịch vụ Internet của Việt Nam ra các nước. Dịch vụ này hiện đang được cung

cấp qua mạng VSAT-IP băng rộng của VTI.

Hình 2.5: Truyền dẫn cho mạng Internet qua vệ tinh

2.3.3 Dịch vụ kênh thuê riêng:

Cung cấp kênh thông tin qua vệ tinh giữa trụ sở chính và chi nhánh hoặc

giữa các chi nhánh. Với dịch vụ này khách hàng có thể sử dụng các ứng dụng

thoại, fax, truyền dữ liệu. Dịch vụ hiện đang được cung cấp qua các trạm

Teleport của VTI đặt tại Quế Dương và Bình Dương hoặc triển khai các trạm

VSAT lắp đặt trực tiếp tại địa điểm của khách hàng.

Hình 2.6: Mô hình dịch vụ Kênh thuê riêng

2.3.4Mobile Trunking:

Trong thông tin di động dịch vụ này cung cấp đường truyền để kết nối

giữa trạm BTS và trạm BSC, nó đặc biệt phù hợp cho kết nối của các trạm BTS

ở vùng sâu, vùng xa nơi mà việc triển khai các loại hình truyền dẫn khác rất khó.

Ứng dụng này hiện được triển khai trên mạng VSAT-IP băng rộng sử dụng băng

tần C vệ tinh VINASAT-1

Hình 2.7: Dịch vụ Mobile trunking qua vệ tinh

2.3.5 Truyền hình, phát thanh quảng bá:

Phát các kênh truyền hình, phát thanh quảng bá lên vệ tinh để cung cấp tới

tận các hộ gia đình cũng như cho đài chuyển tiếp tại các tỉnh. Phát đồng thời 35

nhiều kênh đa chuẩn qua vệ tinh VINASAT-1(số lượng kênh được thiết lập theo

yêu cầu cung cấp dịch vụ từ khách hàng), sử dụng các trạm Teleport tại Quế

Dương, Bình Dương, Hoa Sen hoặc Flyaway.

Hình 2.8: Phát hình quảng bá qua vệ tinh

2.3.6 Đào tạo từ xa:

Cung cấp đường thông tin 1 chiều hoặc 2 chiều từ điểm giảng dạy đến các

lớp ở xa. Từ các lớp học ở xa học viên có thể nhìn, nghe và trao đổi các nội

dung với giảng viên.

Hình 2.9: Đào tạo từ xa qua vệ tinh

2.3.7Phát hình lưu động:

Truyền các thông tin từ các điểm về trung tâm, các hãng truyền hình

thường dùng đường truyền này để đưa tin tức, sự kiện… từ các điểm về trung

tâm để phát quảng bá cho các thuê bao. Hiện tại VTI đang có 03 trạm Flyaway

để phát hình qua vệ tinh khu vực, trong thực tế khi phục vụ các sự kiện lớn 03

trạm Flyaway không đủ đáp ứng nhu cầu khách hàng và có nhiều quốc gia

Hình 2.10: Phát hình lưu động

Tóm Tắt chƣơng :

Chương 2 tập trung phân tích các đặc điểm của hệ thống thông tin

VINASAT1 và VINASAT2 do Việt Nam triển khai, bao gồm : các chỉ tiêu kỹ

thuật về quỹ đạo, băng tần, vùng phủ sóng, so sánh giữa hai vệ tinh ... Ngoài ra,

chương 2 còn đưa ra một số loại hình dịch vụ đang được cung cấp qua hệ thống

thông tin vệ tinh VINASAT. Đây là cơ sở để tính toán chất lượng một tuyến

thông tin vệ tinh, sẽ được trình bày trong chương tiếp theo.

CHƢƠNG 3 : TÍNH TOÁN ĐƢỜNG TRUYỀN THÔNG

TIN VỆ TINH KHI CÓ NHIỄU

Chương này sẽ trình bày quá trình truyền dẫn của sóng vô tuyến giữa các

trạm thông tin vệ tinh mặt đất, bao gồm trạm phát và trạm thu thông qua vệ tinh.

Đường truyền như vậy bao gồm hai tuyến: tuyến Uplink (tuyến lên) từ trạm mặt đất

đến vệ tinh và tuyến Downlink (tuyến xuống) từ vệ tinh tới trạm mặt đất. Ta sẽ

nghiên cứu : tỷ số tín hiệu trên tạp âm tại đầu vào máy thu, tỷ số này phụ thuộc vào

các yếu tố như môi trường truyến dẫn, chất lượng máy thu, các loại nhiễu ...

3.1 Phân tích đƣờng truyền tuyến lên

3.1.1 Hệ số tăng ích anten (G-Gain)

Hệ số tăng ích của anten là một thông số quan trọng, quyết định không

những chất lượng của anten mà cả chất lượng và quy mô của trạm mặt đất.

Ta có hệ số tăng ích của anten được tính bởi công thức sau [3]

[3-1] GdBi = 10 log η + 20 log d + 20 log f + 20.4 dB

Trong đó

η là hiệu suất của anten

d (m) là đường kính anten

f (GHz) tần số làm việc 20.4 là hằng số được tính từ 10 log (109 π/c)

Từ phương trình trên chỉ ra rằng kích thước anten càng lớn thì hệ số tăng ích của

anten càng lớn và nếu tần số làm việc thay đổi thì hệ số tăng ích của anten cũng

thay đổi.

3.1.2 Công suất bức xạ đẳng hướng tương đương EIRP

Công suất bức xạ đẳng hướng tương đương (EIRP -Equivalen Isotropic

Radiated Power ) được định nghĩa là tích số của công suất đầu vào anten và hệ

số tăng ích của anten đó và có giá trị được tính theo công thức :

[3-2] EIRP = PT GT (W)

Hoặc tính theo dBW

[3-3] EIRPdBW = 10 log PT + GT dBi

Trong đó

PT (W) là công suất đầu vào anten

GT dBi (dBi) là hệ số tăng ích của anten phát

Công suất bức xạ đẳng hướng tương đương EIRP phải được điều chỉnh chính

xác, bởi vì EIRP lớn sẽ là một nguyên nhân gây nhiễu giữa các vệ tinh và kênh

lân cận của các sóng mang, ngược lại EIRP nhỏ sẽ làm giảm chất lượng của các

dịch vụ.

3.1.3 Các tham số chính

a) Độ chiếu xạ

Nếu một anten đẳng hướng bức xạ một công suất PT thì chùm công suất

này sẽ có hình dạng như một mặt cầu với anten là trung tâm. Công suất tạo bởi

vùng bề mặt đó tại một khoảng cách D sẽ được tính theo công thức :

[3-4] W = PT/ 4πD2 (W/m2)

Với anten phát năng lượng (khi tính tới hệ số tăng ích của anten) thay đổi theo

phương trình

[3-5] W= GT.PT / 4πD2 (W/m2)

Hoặc tính theo dBW/m2

[3-6] WdBW/m2 = EIRP dBW – 20 log D – 71 dB

Trong đó

GT.PT là công suất bức xạ đăng hướng tương đương

W là độ chiếu xạ

D là khoảng cách (km) 71 dBlà hằng số tính từ 10 log (4π.106)

Với một anten thu tín hiệu, số lượng tín hiệu thu được sẽ phụ thuộc vào kích

thước của anten thu. Công suất của anten thu sẽ được tính theo công thức

[3-7] PR = W * Ae (W)

Trong đó Ae là góc mở hiệu dụng của anten thu Ae = (λ2 / 4π)/GR

Do đó công suất của anten thu là

[3-8]

PR = (GT.PT / 4πD2).[ (λ2 / 4π)/GR] PR = (GT.PT)/[(4πD /λ)2.(1/GR)]

Biểu thức L0 = (4πD /λ)2là suy hao trong không gian tự do

Hoặc tính theo dB :

[3-9] L0 = 20 log D + 20 log f + 92.5 dB

Trong đó 92.5 dB là hằng số tính từ 20 log ((4π.109. 103)/c)

Phương trình mô tả công suất của anten thu theo dB là :

PR dBW = EIRP – L0 + GR

[3-10] Trong phương trình trên, nếu GR là hệ số tăng ích của anten có S=1m2 với hiệu suất η = 100 % thì PR sẽ trở thành độ chiếu xạ trên một đơn vị (dBW/m2), do đó

độ chiếu xạ có thể được tính theo công thức

WdBW/m2 = EIRP – L0 + G1m2

b) Khoảng cách từ trạm mặt đất tới vệ tinh

R=(r2 + S2 – 2rScosC) ½ [3-11]

r là bán kính trái đất 6378 km S là quỹ đạo vệ tinh – vê ̣ tinh địa tĩnh lấy S= 42164 km

cosC = cos θ1 . cos (θS-θE) là góc ở tâm

θ1 vĩ độ trạm mặt đất

θE là kinh độ trạm mặt đất

θS là kinh độ vệ tinh đang xét

3.2 Phân tích đƣờng truyền tuyến xuống

3.2.1 Nhiệt tạp âm

Nhiệt tạp âm là tạp âm xuất hiện từ sự chuyển động ngẫu nhiên của phần

tử tải điện. Các thăng giáng ngẫu nhiên ở các mức năng lượng nguyên tử của các điện tử là một đặc điểm chung của các nguyên tố tại nhiệt độ trên 00 tuyệt đối.

Công suất tạp âm có thể tính theo công thức

[3-12] Pn = K.T.B (W)

Trong đó K= 1.374.10-23 (J/K) là hằng số Boltzmann

T(K) là nhiệt độ tạp âm tương đương

B(Hz) là độ rộng băng tần

Công thức trên cho ta thấy :

Công suất tạp âm lớn nhất tới thiết bị thu là KTB

Công suất tạp âm vốn có ảnh hưởng trực tiếp bởi nhiệt độ tuyệt đối của

nguồn tạp âm.

Nếu nhiệt độ tương đương được biết thì ta cũng có thể biết được công suất

tạp âm.

Vì vậy, một anten có trở kháng Za sẽ cung cấp tới thiết bị thu một công suất tạp

âm là KTB. Nhưng chính các thiết bị thu cũng sẽ sinh ra một tạp âm ∆N trong

đầu vào của nó, như vậy tổng tạp âm sẵn có tại đầu ra thiết bị thu sẽ là:

NTotal = (KTB)G+∆N

Trong đó

∆N = KTeB là tạp âm trong thiết bị thu

Te là nhiệt độ tạp âm tương đương của thiết bị thu

Nếu biết nhiệt độ tạp âm tương đương Te của một thiết bị ta có thể biết được hệ

số tạp âm của thiết bị đó. Hệ số tạp âm của thiết bị (F) được tính theo công thức 41

F= 1 +(Te/T0)

Và nhiệt độ tạp âm tương đương cũng có thể biết được từ hệ số tạp âm của thiết

bị theo công thức :

Te = (F-1)/T0

Trong đó

F là hệ số tạp âm của thiết bị

Te (K) là nhiệt độ tạp âm tương đương của thiết bị thu

T0 = 290 K là nhiệt độ môi trường

3.2.2 Nhiệt độ tạp âm anten

Có hai trường hợp được xem xét là anten vệ tinh và anten trạm mặt đất

a) Anten vệ tinh

Tạp âm nhận được bởi anten vệ tinh là tạp âm từ trạm mặt đất và tạp âm

từ không gian bên ngoài. Độ rộng búp sóng của anten vệ tinh bằng hoặc nhỏ hơn góc quan sát từ vệ tinh xuống Trái Đất, với vệ tinh địa tĩnh là 17.50. Với các điều

kiện như vậy ảnh hưởng chủ yếu từ trạm mặt đất. Với anten có độ rộng búp sóng θ3dB = 17.50 thì nhiệt độ tạp âm của anten phụ thuộc vào tần số và vị trí quỹ đạo

của vệ tinh. Khi độ rộng nhỏ hơn (một búp sóng hẹp) nhiệt độ tạp âm phụ thuộc

vào tần số và vùng phủ sóng. Trên đất liền thì bức xạ tạp âm lớn hơn ngoài biển.

Thường lấy giá trị nhiệt độ tạp âm anten là 290 K.

b) Anten trạm mặt đất

Tạp âm gây ra cho anten của trạm mặt đất bao gồm tạp âm từ bầu trời và

tạp âm do bức xạ từ mặt đất. Tham số này khác nhau khi xét trong điều kiện trời

trong và trời có mưa.

 Trường hợp trời trong

Ở những tần số lớn hơn 2 GHz ảnh hưởng không phải ở vùng ion của khí quyển

mà là môi trường hấp thụ, là một nguồn tạp âm. Khi không xảy ra các hiện

tượng khí tượng (được gọi là bầu trời trong) nhiệt độ tạp âm anten bao gồm

nhiệt tạp âm của bầu trời và mặt đất xung quanh.

Trong thực tế, chỉ có một phần của bầu trời trong hướng mà anten có hệ

số tăng ích lớn. Như vậy, ảnh hưởng của tạp âm bầu trời trong TSKY chỉ có thể có 42

tác dụng nhiệt độ vùng phủ sóng đối với góc ngẩng của anten. Nhiệt độ tạp âm

bầu trời trong như là một hàm số của tần số và góc ngẩng.

Bức xạ từ mặt đất ở vùng lân cận trạm mặt đất gây ra bởi các búp sóng phụ của

anten và một phần bởi búp chính khi góc ngẩng nhỏ. Ảnh hưởng của mỗi búp

sóng phụđược tính bởi Ti = Gi / (Ωi/4π).Tg , trong đó Gi là giá trị hệ số tăng ích

của búp phụ có góc khối Ωi và Tg là nhiệt độ vùng chiếu sáng của mặt đất. Tổng

của các ảnh hưởng này là giá trị Tground . Ta có thể lấy các giá trị gần đúng Tg = 290K đối với các búp phụ có góc ngẩng E nhỏ hơn - 100 Tg = 150 K với các búp phụ có góc ngẩng E trong khoảng -100

Nhiệt tạp âm anten sẽ là

Ta = Tsky + Tground

Tạp âm này có thể tăng thêm bởi các nguồn riêng lẻ nằm trong khu vực

lân cận của anten. Đối với một nguồn vô tuyến đường kính góc α và nhiệt độ tạp

âm Tn(ở tần số khảo sát) và đo ở mức mặt đất sau suy hao bởi khí quyển thì

nhiệt tạp âm phụ ∆Ta đối với một anten có độ rộng búp sóng θ3dB được cho bởi ∆Ta = Tn (α/ θ3dB)2 nếu θ3dB > α

∆Ta = Tn nếu θ3dB < α

Chỉ có mặt trời và mặt trăng được kể đến đối với các trạm mặt đất hướng vệ tinh địa tĩnh. Mặt trời và mặt trăng có một đường kính góc tương đương 0.50.

Nhiệt tạp âm sẽ tăng lên khi có các vật thể trên bầu trời nằm thẳng hàng với mặt

đất và vệ tinh. Điều kiện đặc biệt này có thể biết trước. Để rõ hơn, tại tần số 12

GHz một anten 13 m nhiệt tạp âm tăng lên do mặt trời tại thời điểm đó có giá trị

∆Ta = 12000 K. Đối với mặt trăng, sự gia tăng của ∆Ta khoảng 250 K tại 4GHZ [5]

 Trường hợp có mưa

Nhiệt độ tạp âm anten do điều kiện khí tượng như mây và mưa, do hấp thụ

nước và do phát xạ vào môi trường. Khi đó ta có thể tính nhiệt độ tạp âm của

anten theo công thức sau

[3-13] Ta = Tsky / Arain + Tm (1 -1/ Arain ) + Tground (K)

Trong đó Arain là suy hao và Tm là giá trị của nhiệt độ trung bình hiệu dụng.

Tm có giá trị từ 260 tới 280 K.

Như vậy nhiệt độ tạp âm anten Ta là một hàm của tần số, góc ngẩng và điều

kiện ngoại cảnh ( trời trong hoặc mưa). Do vậy hệ số phẩm chất của một trạm

mặt đất cần phải được xác định điều kiện thực tế, góc ngẩng và tình trạng khí

quyển tại trạm đó.

3.2.3 Nhiệt độ tạp âm của hệ thống

Nhiệt độ tạp âm hệ thống của một trạm mặt đất gồm có : nhiệt độ tạp âm

của máy thu, nhiệt độ tạp âm của anten. Do đó nhiệt độ tạp âm của hệ thống

được tính theo công thức :

[3-14] Tsystem = Ta /L + (1-1/L).T0 +Te

Trong đó

L là suy hao ống dẫn sóng

Te là nhiệt độ tạp âm máy thu

T0 = 290 độ K là nhiệt độ môi trường

Ta là nhiệt độ tạp âm của anten

Phương trình trên cho ta biết suy hao của ống dẫn sóng có tác động quan

trọng trong nhiệt tạp âm của hệ thống. Ví dụ, dọc theo thiết bị ống dẫn sóng suy

giảm 0.3dB giữa anten và bộ khuếch đại sẽ đóng góp 19 K tới nhiệt tạp âm của

hệ thống.

3.2.4 Hệ số phẩm chất G/T

Trong mỗi hệ thống truyền dẫn, tạp âm là hệ số có ảnh hưởng lớn lên chất

lượng của tuyến truyền dẫn. Hệ sốG/TdB/K được biết như là phép đo “phẩm chất”

của một hệ thống thu. INTELSAT quy định một hệ số (G/T) đặc trưng cho tất cả

các trạm mặt đất tiêu chuẩn. Điều đó có nghĩa là trạm mặt đất sẽđáp ứng các đặc

điểm kỹ thuật quy định của G/T, INTELSAT sẽ cung cấp đủ công suất từ vệ tinh

tới đáp ứng được cho các dịch vụ khác nhau.

Từ các công thức được tính ở trên, hệ số phẩm chất G/T có thể tính theo

công thức sau :

G/T = GdBi – 10 log Tsystem

Trong đó

GdBi là hệ số tăng ích của trạm mặt đất ở tuyến xuống

Tsystemlà nhiệt độ tạp âm của hệ thống

3.2.5 Tỷ số công suất sóng mang trên tạp âm C/N

Chất lượng của một tuyến thông tin vô tuyến được đánh giá bằng tỷ số

công suất sóng mang trên tạp âm (C/N) và độ méo tín hiệu thu ở tuyến thông

tin.Tuy nhiên ảnh hưởng tín hiệu gây ra méo tín hiệu thu là nhỏ, vì thế chất

lượng đường truyền sẽ được quyết định chủ yếu bởi tỷ số sóng mang trên tạp âm

C/N.Tỷ số C/N được tính theo công thức sau:

[3-15] C/N = PR / Pn

Trong đó :

PR là công suất thu của anten và Pn là công suất nhiệt tạp âm. Từ công

thức trên, ta thấy C/N có thể được tính theo:

[3-16] C/NdB = EIRPdB – L0 dB + G/TdB/K – 10logK* - 10 log B

Trong đó

L0 là suy hao trong không gian tự do

G/T là hệ số phẩm chất của máy thu K* là hằng số Boltzmann ( hoặc bằng -228.6 dBW/K)

B là độ rộng băng tần

Lưu ý là theo định nghĩa mối liên hệ giữa công suất tạp âm N và mật độ phổ

công suất tạp âm N0 trong độ rộng băng tần B được thể hiện theo công thức

N=N0.B

Do đó, tỷ số sóng mang trên mật độ phổ công suất tạp âm C/N0 được định nghĩa

[3-17] C/N0 dBHz = EIRPdB – L0dB + G/TdB/K – 10log K

Ngoài ra C/T còn có thể được tính theo

[3-18] C/TdB/K = EIRPdB – L0 dB + G/TdB/K

Tỷ số sóng mang trên mật độ phổ công suất C/N0 ta cũng tính được tỷ số năng

lượng bít trên mật độ phổ công suất của tuyến thông tin số :

[3-19] Eb/N0 = C/N0 dB/K – 10 log R

Trong đó R là tốc độ truyền dẫn số.

3.2.6 Tổng tỷ số sóng mang trên tạp âm C/TTotal

Giá trị của tổng tỷ số sóng mang trên tạp âm C/TTotal của tuyến thông tin

vệ tinh được tính bởi phương trình sau :

[3-20] (C/TT )-1 = (C/TU)-1 + (C/TD)-1

Trong đó

C/TT là C/T tổng

C/TU là C/T đường lên

C/TD là C/T đường xuống

Tỷ số C/T trong công thức trên là các giá trị bằng số và tổng C/T phải

được biến đổi từ mối tương quan logarit. Do vậy, trong một tuyến thông tin vệ

tinh đường lên phải được giữ chính xác trong mức bình thường, mức EIRP thấp

nghĩa là C/N0 thấp, nhưng mức EIRP cao không có nghĩa là C/N0 tốt hơn.

3.3 Các suy hao ảnh hƣởng tới chất lƣợng truyền dẫn

3.3.1 Suy hao trong không gian tự do

Đối với vệ tinh địa tĩnh ở độ cao 35.768km, cự ly thông tin cho một tuyến

lên hay một tuyến xuống gần nhất là 35.768km. Do cự ly truyền sóng trong

thông tin vệ tinh khá lớn nên suy hao trong không gian tự do là đáng kể và

thường là lớn nhất.

L0 =

L0 gọi là suy hao trong không gian tự do và biểu thị cho tỷ số công suất phát và

công suất thu trong một tuyến thông tin giữa hai anten vô hướng. Trong đó :

D là khoảng cách của tuyến lên hoặc xuống

λ là bước sóng của sóng vô tuyến.

f tần số làm việc (GHz) ( f= c/ λ )

Từ đó ta thấy giá trị của L0 phụ thuộc vào khoảng cách giữa hai anten vô

hướng D(km) và tần số f(GHz).

Nếu tính L0 theo dB ta có

[3-21] = 10 lg = 20 lg L0 dB = 10 lg

Suy hao trong không gian tự do của tuyến lên hay xuống khi công tác ở băng tần

C (6/4 GHz) vào khoảng 200 dB. Khi tính tới suy hao do không gian tự do, để

đảm bảo máy thu nhận được một tín hiệu đủ lớn cỡ -90 dBm đến -60 dBm,

người ta sử dụng anten có đường kính lớn hàng chục mét để có hệ số tăng ích

lớn (~ 60dB) và máy phát có công suất lớn đến hàng trăm đến hàng ngàn W.

Xét trường hợp một máy phát có công suất bức xạ là 100 W cho mỗi sóng mang,

làm việc ở băng tần C (6/4 GHz). Nếu chỉ tính đến suy hao do không gian tự do

là 200 dB thì công suất thu được ở sóng mang đó sẽ là

= 10-18(W) = 10-15 (mW) PRx =

 PRx = 10log100 – 200 = -180 (dBW) = -150 (dBm)

Với công suất nhỏ như vậy thì máy thu rất khó thu được tín hiệu, để có được

công suất đầu vào máy thu khoảng -70 dBm thì ta phải sử dụng anten phát và

thu có hệ số tăng ích lớn. Nếu hệ số tăng ích của anten trạm mặt đất là GR =

50dB thì anten thu trên vệ tinh có hệ số tăng ích GT = 30 dB.

Ngoài suy hao của không gian tự do, trên thực tế còn có các suy hao khác, tuy

không lớn bằng suy hao trong không gian tự do nhưng khi tính toán vẫn cần phải

kể đến.

3.3.2 Suy hao do tầng đối lưu

Tầng đối lưu là lớp khí quyển nằm sát mặt đất lên đến độ cao (10km-

15km) (theo quy định của tầng đối lưu tiêu chuẩn), bao gồm các chất khí chính

hấp thụ sóng gây ra suy hao như hơi nước, Oxy, Ozon, Cacbonic. Suy hao này

phụ thuộc nhiều vào tần số và góc ngẩng của anten và chỉ đáng kể khi tần số

công tác từ 10GHz trở lên, nghĩa là khi công tác ở băng Ku (14/12GHz) hay

băng Ka (30/20GHz). Anten có góc ngẩng càng lớn thì suy hao tầng đối lưu

càng nhỏ, do đường truyền của sóng trong tầng đối lưu càng ngắn. Tại các tần số

21GHz và 60GHz có các suy hao cực đại, đó là do sự cộng hưởng hấp thụ đối

với các phân tử hơi nước và Oxy.

3.3.3 Suy hao do tầng điện ly

Tầng điện ly là lớp khí quyển nằm ở độ cao khoảng 60 km đến 400 km, do

bị ion hóa mạnh nên lớp khí quyển ở độ cao này bao gồm chủ yếu là các điện tử

tự do, các ion âm và dương nên được gọi là tầng điện ly. Sự hấp thụ sóng trong

tầng điện ly giảm khi tần số tăng, ở tần số trên 600 MHz thì sự hấp thụ không

đáng kể.

3.3.4 Suy hao do mưa

Suy hao do các điều kiện thời tiết như mây, mưa, sương mù, suy hao này

phụ thuộc vào nhiều yếu tố như cường độ mưa hay sương mù, vào tần số, vào

chiều dài quãng đường đi của sóng trong mưa, chiều dài này phụ thuộc vào góc

ngẩng anten. Khi góc ngẩng tăng, suy hao giảm, với góc ngẩng anten khoảng 400 trở lên thì Suy hao không đáng kể, lúc đó suy hao do mưa khoảng 0,6 dB,

suy hao do sương mù khoảng 0,2dB, còn suy hao trong các chất khí rất nhỏ có

thể bỏ qua. Nói chung khi tần số và cường độ mưa tăng thì suy hao tăng nhanh,

đặc biệt trong khoảng tần số từ 10GHz đến 100GHz.

Như đã nói ở trên, giá trị suy hao do mưa Lmưa được xác định bởi giá trị hệ số

suy hao cụ thể γR (dB/km) và chiều dài của đoạn đường thực tế sóng đi trong

mưa lmưa . Như vậy ta có :

[3-22] Lmưa = lmưa . γR

Giá trị γR phụ thuộc vào tần số và cường độ mưa Rp (mm/h). Các giá trị điển

hình của suy hao do mưa vượt quá 0.01% của một năm trung bình (với R0.01 ~

30-50 mm/h) là khoảng 0.1 dB ở 4 GHz; từ 5÷10 dB ở 12 GHz; từ 10÷20 dB ở

20 GHz và từ 25÷40 dB ở 30 GHz.

le là chiều dài thực tế sóng đi qua vùng mưa (km), phụ thuộc vào góc ngẩng

anten, độ cao anten và được xác định theo công thức

(km) le =

với hm là độ cao của cơn mưa (km), theo khuyến nghị 564 của CCIR ở vĩ độ từ 00 đến 560 lấy hm = 3 0.028 (km).

hs là độ cao anten trạm mặt đất so với mực nước biển (km)

E là góc ngẩng anten (độ)

3.3.5 Suy hao do các hiện tượng khí hậu khác

Suy hao do các chất khí trong khí quyển phụ thuộc vào tần số, góc ngẩng, độ

cao đặt trạm và nồng độ hơi nước. Nó không đáng kể ở các tần số nhỏ hơn 10

GHz và không vượt quá 1-2 dB ở tần số 22 GHz ( tần số tương ứng với dải hấp thụ hơi nước) với độ ẩm trung bình của khí quyển và góc ngẩng lớn hơn 100 .

Độ Suy hao khí quyển(dB/km)

Tần số (GHz)

0.25

0.33

0.53

0.73

13 < f

Bảng dưới đây mô tả sự suy giảm của khí quyển theo tần số :

Suy hao bởi bão cát : Suy hao cụ thể tỷ lệ nghịch với tầm nhìn và phụ thuộc vào

độ ẩm của hạt cát. Ở 14 GHz là 0.03 dB/km với các hạt khô và 0.65 dB/km với

các hạ có độ ẩm 20%. Nếu độ dài đoạn đường trong bão cát là 3 km thì suy hao

có thể tới 1 – 2 dB.

3.3.6 Sự phân cực

Sóng điện từ bao giờ cũng có thành phần điện trường và một thành phần

từ trường có hướng vuông góc với nhau và vuông góc với phương truyền sóng.

Theo quy ước, phân cực của sóng được định nghĩa bởi hướng của vecto cường

độ điện trường. Nói chung hướng của điện trường không cố định và biên độ của

nó cũng không phải hằng số. Khi truyền sóng điện từ, đầu mút của vecto cường

độ điện trường vạch ra một hình elip do đó gọi là phân cực elip.

Suy hao do phân cực không đối xứng xảy ra khi anten thu không đúng hướng

với sự phân cực của sóng nhận. Vớí đường truyền phân cực tròn, sóng phát chỉ

được phân cực tròn trên trục anten phát và nó sẽ trở thành elip khi ra khỏi trục

anten đó. Khi truyền qua bầu khí quyển cũng có thể làm thay đổi phân cực tròn

thành phân cực elip. Còn trong đường truyền phân cực thẳng thì sóng có thể bị

quay mặt phẳng phân cực của nó khi đường truyền đi qua khí quyển, do đó

anten thu không còn mặt phẳng phân cực của sóng đứng và sóng tới. Suy hao do

lệch phân cực thường chỉ 0,1dB.

a.Phân cực do các tinh thể băng

Các đám mây băng gần với vùng nhiệt độ 00 C cũng gây ra phân cực. Tuy

nhiên, khác với mưa và nồng độ hơi nước khác, ảnh hưởng này không kèm theo

suy hao. Nó gây ra giảm giá trị độ phân cực chéo đi một lượng Cice = 0.3 +0.1

log(p).

Trong đó p là phần trăm thời gian. Thực tế giảm khoảng 2 dB với p=0.01 %

b. Hiệu ứng phân cực Faraday

Tầng điện ly làm cho mặt phẳng phân cực của sóng phân cực đường thẳng

bị quay. Góc quay tỷ lệ nghịch với bình phương tần số. Nó là một hàm của mật

độ điện tử tầng điện ly và biến đổi liên tục theo thời gian, mùa và chu kỳ mặt

trời. Có độ lớn một hoặc vài độ ở tần số 4 GHz. Vì các thay đổi tuần hoàn có thể

dựđoán trước, ảnh hưởng này có thể bù đắp bằng việc quay hợp lý phân cực

anten. Tuy nhiên, một vài đột biến (ví dụ như bão địa từ) là hiện tượng đột biến

và không thể dự đoán trước được. Kết quả với % thời gian nhỏ có suy hao

LPOL = 20 log cos(γ) (dB) của tín hiệu thu và xuất hiện thành phần phân cực

chéo làm giảm giá trị độ phân cực chéo XPD. Với góc quay γ, giá trị XPD cho

bởi XPD(dB) = 20 log(tanγ). Trường hợp góc quay 90 ở tần số 4 GHz cho

LPOL = 0.1dB và XPD = 16 dB.

c. Sự khúc xạ tia sóng

Trong tầng đối lưu và tầng điện ly có hệ số khúc xạ khác nhau. Hệ số

khúc xạ của tầng đối lưu giảm theo độ cao, là một hàm của điều kiện khí tượng

và không phụ thuộc vào tần số. Với tầng điện ly hệ số khúc xạ phụ thuộc vào tần

số và mật độ điện tử. Cả hai đều biến đổi bất thường nhanh. Ảnh hưởng khúc xạ

gây ra quỹđạo bị uốn cong, thay đổi tốc độ và thời gian truyền sóng. Sự biến đổi

hệ số khúc xạ, gọi là “sự thăng giáng” làm thay đổi góc tới, biên độ và pha của 50

sóng phát đi. Hầu hết các hiện tượng gây ra do sự thăng giáng của tầng điện ly;

nó lớn hơn khi tần số thấp và trạm mặt đất ở gần xích đạo. Tín hiệu thu biến đổi

về biên độ và biên độđỉnh đến đỉnh ở tần số 11GHz và vĩ độ trung bình có thể

vượt quá 1dB trong 0.01% thời gian. Các hiện tượng chỉđáng kể khi góc ngẩng thấp (< 100) hoặc khi sóng mang được sử dụng.

d. Hiệu ứng đa đường

Khi anten trạm mặt đất nhỏ vì vậy có búp sóng với độ rộng búp sóng lớn

tín hiệu thu có thể là một tia sóng thu trực tiếp và một tia phản xạ từ mặt đất

hoặc từ các chướng ngại vật xung quanh. Trong trường hợp các tia giao thoa (có

pha ngược nhau) có một suy hao lớn. Ảnh hưởng này không đáng kể khi trạm

mặt đất có anten tính hướng đủ cao để loại trừ sóng phản xạ từ mặt đất.

3.3.7 Suy hao do đặt anten chưa đúng

Khi anten phát và thu lệch nhau thì sẽ tạo ra suy hao vì búp chính của

anten thu hướng không đúng chùm tia phát xạ của anten phát. Thường thì suy

hao do đặt anten chưa đúng từ 0,8 đến 1 dB.

3.3.8 Suy hao trong thiết bị phát/thu

Suy hao trong thiết bị phát và thu đôi khi còn gọi là suy hao do hệ thống

phi-đơ, có hai loại như sau : Suy hao LFTX giữa máy phát và anten, để anten phát

được công suất PT cần phải cấp một công suất PTX ở đầu ra của bộ khuếch đại

phát, do đó :

PT = PTX – LFTX [dB]

Suy hao LFRX giữa anten và máy thu, công suất PRX ở đầu vào máy thu bằng :

PR = PRX – LFRX [dB]

Trong các hệ thống vệ tinh hiện nay, để đơn giản thường lấy hệ số tổn hao phi-đơ

LFRX = LFTX = 2 dB.

Vậy LFRX = LFTX = 10-0.2 (lần)

3.3.9 Trễ truyền dẫn

Trong thông tin vệ tinh, hiện tượng trễ tín hiệu xảy ra khi cự ly thông tin

quá dài, vì toàn bộ đường truyền sóng của tuyến lên và xuống là hơn 72.000km,

gây ra sự trễ tín hiệu lên đến 250ms. Thực tế thời gian trễ 500 ms sẽ gây ảnh 51

hưởng rõ rệt đến chất lượng thoại. Do đó nên giảm trễ truyền dẫn vì sẽ làm tăng

tổng thời gian trễ từ trạm phát tới trạm thu, gây ảnh hưởng tới chất lượng dịch

vụ cung cấp. Đối với các dịch vụ truyền số liệu khác, thời gian trễ truyền dẫn

cao cũng làm giảm chất lượng dịch vụ.

3.4 Các biện pháp nâng cao chất lƣợng dịch vụ

3.4.1 Bù hiệu ứng phân cực

Phương pháp bù hiệu ứng phân cực dựa vào sự thay đổi đặc tính phân cực

của trạm mặt đất. Quá trình bù được thực hiện như sau:

- Đối với tuyến lên, hiệu chỉnh phân cực của anten phát bằng dự đoán trước sao

cho sóng đến phù hợp với anten vệ tinh.

- Đối với tuyến xuống, điều chỉnh phân cực anten phù hợp với sóng thu.

3.4.2 Bù suy hao

Ở đây đặt ra bài toán đưa ra một tỷ số C/N0 lớn hơn hoặc bằng (C/N0 )yêu cầu

trong suốt phần trăm thời gian (100 – p)%. Suy hao Lmưa do mưa làm giảm tỷ số

C/N0 theo công thức

Tuyến lên : (C/N0) mưa = (C/N0)trời trong - Lmưa (dBHz)

Tuyến xuống : (C/N0) mưa = (C/N0)trời trong - Lmưa (dBHz) -∆(G/T) (dBHz)

∆(G/T) = ∆(G/T)trời trong – (G/T)mưa (dB) đặc trưng cho việc giảm của hệ số phẩm

chất trạm mặt đất do tăng nhiệt tạp âm.

Để đạt được yêu cầu đặt ra cần đạt được (C/N0)Rain = (C/N0)yêu cầu . Điều này có

thể đạt được nhờ dự trữ pha đinh M(p) cho bởi

M(p) = (C/N0)trời trong – (C/N0)yêu cầu

= (C/N0)trời trong – (C/N0)mưa

Giá trị Lmưa được sử dụng như là hàm của phần trăm thời gian p, chúng tăng khi

p giảm. Đưa ra độ dự trữ pha đinh M(p) ở điều kiện trời trong đòi hỏi tăng EIRP

nghĩa là yêu cầu tăng công suất phát. Đối với suy hao cao, công suất cần thiết

thêm vào có thể vượt quá năng lực của thiết bị phát.

3.4.3 Biện pháp thích ứng

Thích ứng cần phải thay đổi một ít các thông số của tuyến trong khoảng

thời gian suy hao bằng cách duy trì các giá trị yêu cầu của tỷ số C/N0. Một vài

phép tính gần đúng có thể được áp dụng như sau:

- Sự chuyển đổi trên tuyến của một tài nguyên phụ được bảo tồn một cách bình

thường, đã có ảnh hưởng đến suy hao. Nguồn tài nguyên phụ có thể là:

+ Sử dụng băng tần có tần số thấp hơn, ít bịảnh hưởng bởi suy hao.

+ Sử dụng EIRP cao hơn trên tuyến lên.

- Giảm dung lượng, tuyến ảnh hưởng bởi suy hao giảm dung lượng của nó.

Trong trường hợp truyền dẫn số, giảm tốc độ thông tin cho phép bởi mã sửa lỗi

để sử dụng một tốc độ truyền dẫn không đổi. Kết hợp hiệu quả việc giảm tốc độ

thông tin và mật độ tăng ích của giải mã cho phép cung cấp một độ dự trữ.

3.5 Nhiễu trong thông tin vệ tinh

Trong thời gian gầy đây với việc khai thác tối đa nguồn tài nguyên thông

tin vệ tinh, khả năng xuất hiện gây nhiễu trong cùng hệ thống cũng như giữa các

hệ thống càng dẽ xảy ra. Trong thông tin vệ tinh, tác động của nhiễu tới chất

lượng dịch vụ rất lớn. Các nguồn nhiễu như : nhiễu sóng mang lân cận, nhiễu vệ

tinh lân cận, nhiễu do chính hệ thống của khách hàng, nhiễu xuyên phân cực và

nhiều loại nhiễu khác. Dưới đây sẽ xem xét đến một số loại nhiễu ảnh hưởng tới

 Nhiễu tín hiệu FM

chất lượng hệ thống thông tin vệ tinh: [4]

 Nhiễu xuyên phân cực

 Nhiễu xuyên điều chế

 Nhiễu vệ tinh lân cận

3.5.1 Nhiễu tín hiệu FM

Nguyên nhân :

- Các đầu nối giữa các thiết bị trung tần và thiết bị cao tần không đảm bảo

vì vậy các tín hiệu FM quảng báo thâm nhập vào hệ thống và được phát

lên vệ tinh.

- Các cáp nối giữa phần trung tần và cao tần là loại có chất lượng kém.

- Hệ thống nối đất không đảm bảo chỉ tiêu kỹ thuật

Cách xác định nơi thu nhận nhiễu :

- Tắt các thiết bị cao tần như : Bộ đảo tần lên, bộ khuếch đại công suất, bộ

thu phát.

- Tắt các thiết bị trung tần như : Modem, bộ điều chế.

Biện pháp hạn chế, khắc phục nhiễu FM :

- Lựa chọn các cáp nối, đầu nối đúng chủng loại đạt yêu cầu kỹ thuật như

hướng dẫn trong tài liệu.

- Trạm mặt đất phải được lắp đặt theo đúng tiêu chuẩn.

- Kiểm tra hệ thống đất có đảm bảo, thiết bị đã được đấu đất đầy đủ chưa.

- Phối hợp đài điều hành khai thác mạng (NOC) để thực hiện đo, kiểm tra

các sóng mang.

3.5.2Nhiễu xuyên phân cực

Nếu độ cách ly phân cực của anten phát không tốt ( nhỏ hơn 30 dB), anten

này có thể phát đồng thời tín hiệu phân cực ngang và phân cực đứng ở cùng một

thời điểm và cũng thu tín hiệu ở 2 phân cực. Vì vậy nhiễu phân cực sẽ xuất hiện

ở vệ tinh lân cận và gây nhiễu đến sóng mang ở vệ tinh đó.

Nguyên nhân gây nhiễu xuyên phân cực:

- Căn chỉnh anten không tốt.

- Độ cách ly phân cực không tốt.

- Bị lệch hướng anten và phân cực khi làm việc.

- Các nguyên nhân do điều kiện thời tiết : mưa, bão ...

- Không thực hiện kiểm tra truy nhập của trạm mặt đất trước khi phát sóng

Biện pháp hạn chế, khắc phục nhiễu xuyên phân cực :

- Không phát sóng mang khi trạm mặt đất chưa được kiểm tra các thông số

kỹ thuật

- Thực hiện bảo dưỡng định kỳ trạm mặt đất

3.5.3Nhiễu xuyên điều chế

Nếu có từ 2 sóng mang trở lên phát trên một bộ khuếch đại công suất

(TWTA) thì sẽ gây ra nhiễu xuyên điều chế. Các sản phẩm của nhiễu xuyên điều 54

chế được tạo ra từ các sóng mang có các tần số khác nhau. Mức công suất của

nhiễu xuyên điều chế phụ thuộc vào công suất của các sóng mang và sự tuyến

tính của bộ TWTA. Nhiễu xuyên điều chế có thể xuất hiện tại trạm mặt đất hoặc

trên vệ tinh.

Nhiễu xuyên điều chế có thể gây ảnh hưởng tới các sóng mang :

- Làm giảm mức Eb /No của sóng mang làm việc ở cùng tần số.

- Làm tăng nhiễu ở một vài dải tần.

Nguyên nhân gây nhiễu xuyên điều chế:

- Mức công suất phát của mỗi sóng mang quá lớn

- Tăng mức công suất phát không tính đến nhiễu xuyên điều chế

- Tự ý tăng mức công suất phát mà không thông báo cho NOC

Biện pháp hạn chế, khắc phục nhiễu xuyên phân cực :

- Kiểm tra tính toán đường truyền của trạm mặt đất phát từ 2 sóng mang trở

lên trước khi làm việc với vệ tinh.

- Mức công suất chênh lệch giữa điểm làm việc và điểm bão hòa tại đầu

vào của HPA hoặc bộ thu phát phải được nhà quản lý vệ tinh ấn định và

thông báo đến khách hàng.

- Không tăng công suất phát khi chưa trao đổi với NOC.

- Không làm việc với công suất lớn hơn mức được sử dụng.

- Khi có thêm các sóng mang mới, phải tính toán lại đường truyền để đảm

bảo công suất thiết bị hiện có là đủ lớn.

3.5.4 Nhiễu do vệ tinh lân cận

Trên thực tế, khi các vệ tinh trên quỹ đạo quá gần nhau sẽ gây ra nhiễu

giữa các vệ tinh.

Hình 3.1: Nhiễu giữa các vệ tinh lân cận

Độ lớn của nhiễu gây bởi vệ tinh lân cận phụ thuộc vào nhiều yếu tố như

khoảng cách kinh/vĩ độ của các vệ tinh, trạm mặt đất, công suất phát / thu của

anten, độ lợi của anten

Một số nguyên nhân gây nhiễu giữa các vệ tinh lân cận và cách khắc phục:

Nguyên nhân 1 : Anten phát căn chỉnh hướng đến vệ tinh không tốt. ( hình 3.2)

Hình 3.2:Nhiễu vệ tinh lân cận do chỉnh anten phát không đúng

Biện pháp hạn chế nhiễu do anten phát căn chỉnh hướng đến vệ tinh

không tốt: thực hiện đo, kiểm tra truy nhập trạm mặt đất đúng chỉ dẫn để đảm

bảo trạm mặt đất hướng tốt nhất tới vệ tinh

Hình 3.3: Khắc phục nhiễu vệ tinh lân cận do chỉnh anten phát không đúng

Nguyên nhân 2 : Anten không đạt yêu cầu kỹ thuật, công suất búp sóng

phụ rất lớn

Hình 3.4 : Nhiễu vệ tinh lân cận do công suất búp sóng phụ lớn

Biện pháp hạn chế : Kiểm tra kỹ thông số kỹ thuật của anten. Sử dụng

anten có kích thước như khuyến nghị

Nguyên nhân 3 : Anten không đạt yêu cầu kỹ thuật, búp sóng chính quá lớn

Hình 3.5 : Nhiễu vệ tinh lân cận do búp sóng chính quá lớn

Biện pháp hạn chế : Kiểm tra kỹ thông số kỹ thuật của anten. Sử dụng

anten có kích thước như khuyến nghị

Nguyên nhân 4 : Trạm thu nằm trong vùng đường đẳng mức EIRP của vệ

tinh lân cận

Hình 3.6 : Nhiễu vệ tinh lân cận do trùng đường đẳng mức

Biện pháp hạn chế : thực hiện tính toán đường truyền, sử dụng công suất

phát theo khuyến nghị.

Tóm Tắt chƣơng :

Chương này đã trình bày phương pháp và cách tính toán chất lượng một

tuyến thông tin vệ tinh, bao gồm phân tích đường truyền tuyến lên/xuống, phân

tích các suy hao và các loại nhiễu (đặc biệt là nhiễu gây ra bởi các vệ tinh lân

cận) ảnh hưởng tới đường truyền, từ đó đề ra biện pháp nâng cao chất lượng

tuyến. Chương 3 là cơ sở để chương 4 thực hiện tính toán một tuyến thông tin vệ

tinh khi có tính tới nhiễu giữa các vệ tinh lân cận.

Chƣơng 4 : TÍNH TOÁN ĐƢỜNG TRUYỀN THÔNG TIN VỆ TINH KHI

CÓ NHIỄU GIỮA CÁC VỆ TINH LÂN CẬN CHO VỆ TINH VINASAT-1

4.1 Nhắc lại một số công thức :

4.1.1. Hệ số tăng ích của anten G

G [dBi] = 10logη + 20logf + 20logd + 20,4[dB]

Hệ số tăng ích cho 1m2 của anten với hiệu suất 100 % là :

G1m2 [dBi] = 20 logf +21.4 [dB]

trong đó :

η là hiệu suất anten

d là đường kính anten

f là tần số công tác tính theo GHz 20.4 là kết quả của 10 log(1*109*π/c)

c là vận tốc ánh sáng

4.1.2.Công suất bức xạ đẳng hướng tương đương EIRP ( Equivalent Isotropic

Radiated Power)

trong đó :

PTX là công suất đầu vào anten

GTX [dBi] là hệ số tăng ích của anten phát [dBi]

EIRP [dBW] = 10 log PTX + GTX [dBi]

D được tính như sau :

D = {R2 + S2 – 2RS(cosC)}1/2

Trong đó

R là bán kính mặt phẳng quỹ đạo trái đất 6378.14 km

S là bán kính quỹ đạo địa tĩnh (42164.57 km) C là cos-1 ({cos θ1* cos(θS - θE )}

θ1 là vĩ độ trạm mặt đất

θS kinh độ vệ tinh

θE là kinh độ trạm mặt đất

4.1.3. Khoảng cách từ vệ tinh tới trạm mặt đất

Đây là một trong những tham số quan trọng của đường truyền

C/N = PRX / PN hoặc có thể viết C/N = {EIRP*GRX} / {K*TSYSB}*L0

PN là tạp âm nhiệt

PRX công suất tín hiệu thu

K hằng số Boltzmann (~ 228.6 dBW/K)

TSYS nhiệt tạp âm hệ thống

B là băng tần sóng mang chiếm

Mặt khác ta có thể viết đơn giản hơn theo tỷ số công suất sóng mang trên

nhiệt độ tạp âm hệ thống :

C/T [dB] = EIRPTX – L0 + G/T

trong đó :

L0 là suy hao trường tự do

G/T là hệ số phẩm chất hệ thống thu

4.1.4. Tỷ số công suất sóng mang trên tạp âm C/N

C/N0 [dBHz] = EIRP – L0 + G/T – 10log(K)

EB / N0 = C/N0 – 10log R

R là tốc độ luồng dữ liệu

4.1.5.Tỷ sốsóng mang trên mật độ phổ tạp âm C/N0

C/T [dB/K] = EIRP - L0 + G/T

4.1.6.Tỷ số công suất sóng mang trên nhiệt tạp âm hệ thống C/T

C/TCO = C/ I + 10log (BW) - 228,6

Trong đó BW là băng tần sóng mang chiếm (đơn vị BW)

4.1.7. Tạp âm do can nhiễu từ các tín hiệu phân cực vuông góc

4.1.8. Tỷ số sóng mang trên nhiệt tạp âm hệ thống trên toàn bộ đường truyền

=

+

4.1.9 Tỷ số công suất sóng mang tín hiệu hữu ích trên nhiễu

C/I (có tài liệu gọi là S/I - Signal to Interference ratio) là viết tắt của chữ

Carrier to Interference ratio, trong đó C là công suất sóng mang trung bình thu

được (phần tín hiệu có ích), còn C là công suất nhiễu đồng kênh trung bình thu

được (phần không mong muốn). C/I là một tham số quan trọng trong việc đánh

giá chất lượng kênh truyền. Như vậy, tỷ số C/I là tỷ số công suất sóng mang tín

hiệu hữu ích trên nhiễu. Hiển nhiên trong hệ thống vô tuyến di động số như

GSM thì tỷ số này càng nhỏ, xác suất thu lỗi các bít (BER: Bit Error Rate) càng

lớn, do đó chất lượng thoại hay dữ liệu càng thấp. Tới một mức nào đó phụ

thuộc sơ đồ điều chế (trong GSM thì là GMSK), chất lượng cuộc gọi không thể

chấp nhận được nữa thì cuộc gọi bị rớt. Ngoài ra, nếu C/I quá thấp (công suất tín

hiệu thu được quá thấp hay mức nhiễu quá lớn) thì các kênh điều khiển, dù có

được mã hóa chống nhiễu (mã kênh) cẩn thận hơn, cũng bị rớt, dẫn đến không

thể kết nối/thiết lập cuộc gọi.

Phương pháp tính tỷ số C/I :

Theo khuyến nghị S.1418 của tổ chức ITU, các thông số cơ bản sử dụng

để tính toán tỷ số công suất sóng mang tín hiệu hữu ích trên nhiễu C/I được cho

bởi bảng dưới đây [10]:

Tham số Ký hiệu

fc Tần số trung tâm

Hệ thống bị nhiễu

Kinh độ trạm thu (độ) Vrx

Kinh độ máy phát(độ) Vtx

Pv Công suất phát (dBW)

Gv,tx Độ lợi anten phát(dBi)

Bv Băng thông truyền (MHz)

Gv,rx Độ lợi anten thu (dBi)

dv,rx Bán kính anten thu (*)

Hệ thống gây nhiễu

Irx Kinh độ trạm thu (độ)

Itx Kinh độ máy phát(độ)

Pi Công suất phát (dBW)

Gi,tx Độ lợi anten phát(dBi)

Bi Băng thông truyền (MHz)

Gi,rx Độ lợi anten thu (dBi)

di,tx Bán kính anten thu (*)

* Bán kính anten có thể dùng để tính toán độ lợi G

Như vậy

C/I up = (EIRP matdat + G tram_matdat_mongmuon- L1 + Gvetinh_mongmuon) –

(EIRPmatdat_gaynhieu + G tram_matdat_gaynhieu() - L2 + Gvetinh_mongmuon)

Trong đó :

L1 là tổng suy hao tuyến lên trong không gian từ trạm phát mặt đất tới vệ tinh

mong muốn

L2 là tổng suy hao từ trạm mặt đất gây nhiễu tới vệ tinh mong muốn

G tram_matdat_gaynhieu() là độ lợi của anten trạm mặt đất gây nhiễu theo hướng vệ

tinh mong muốn

Tương tự ta có tỷ số C/Idown được tính theo công thức

C/I down = (EIRP vetinh_mongmuon + G tram_matdat_mongmuon- L3 + Gvetinh_mongmuon ) –

(EIRPvetinh_gaynhieu+ G tram_matdat () - L4 + Gvetinh_gaynhieu)

L3 là tổng suy hao từ vệ tinh mong muốn tới trạm thu mặt đất mong muốn

L4 là tổng suy hao trong không gian từ vệ tinh gây nhiễu tới trạm mong muốn

G tram_matdat()là độ lợi của anten trạm mặt đất mong muốn theo hướng vệ tinh

gây nhiễu.

Theo khuyến nghị của ITU-T, độ lợi này có thể tính theo công thức

G = 32 − 25 log 

4.2 Tính toán cho vệ tinh Vinasat

Xét bài toán thực tế như sau

- Tính C/I

Cuplink= (EIRP matdat + G tram_matdat_mongmuon - L1 + Gvetinh_mongmuon )

=25.6+53-200.08+21= - 100.48

Iuplink= (EIRPmatdat_gaynhieu + G tram_matdat_gaynhieu() - L2 + Gvetinh_mongmuon)

= 16+27.461-199.977+21=-135.516

 C/Iuplink = -100.48 + 135.516=35.036

Tương tự ta có :

Cdownlink = (EIRP vetinh_mongmuon + G tramthu_matdat_mongmuon - L3 + Gvetinh_mongmuon )

= 44.2+49-194.7+21 = -80.4

Idownlink = (EIRPvetinh_gaynhieu + G tram_matdat () - L4 + Gvetinh_gaynhieu )

= -12.6+20-196.22+27.461= -161.39

 C/Idown = -80.4 + 161.359=80.89  C/Itotal = -10* lg(10-3.5 + 10-8 ) =34.99 dB

- Tính C/Tup

Như trên đã trình bày

C/Tup = EIRPtram_mat_datdBW – L + G/Tsat dB/K

Theo bảng phụ lục chỉ tiêu vệ tinh Vinasat ta có G/Tsat dB/K = -0.3

Vậy C/Tup = 25.6 – 200.08 -0.3 = -174.78 (dB/K) Hay C/Tup = 10-17.47 (W/K)

- Tính C/Tdown

Tương tự ta có C/Tdown = EIRPsat_dBW – L + G/Ttram_thu

Với G/Ttram_thu = 5dB/K

Vậy C/Tdown = 44.2 – 194.7+5= -145.50 (dB/K) hay C/Tdown = 10-14.55 (W/K)

- Tính C/Ttotal

Như trên đã trình bày, ta có

=

+

C/TCO = C/ I + 10log (BW1) - 228,6

Ở đây BW1 là băng tần sóng mang chiếm (ở đây là 873.8 KHz) Vậy C/TCO = 34.99 + 10 log10(36x106) – 228.6 = -118.04 (dB/K) hay C/TCO = 10-11.80 (W/K)

Vậy (C/Ttotal )-1 = (C/Tup)-1 + (C/Tdown )-1 + (C/TCO )-1

= (10-17.47 )-1 +(10-14.55 )-1+(10-11.80 )-1 = 2.9548*1017

 C/Ttotal = 3.3844*10-18 (W/K)  C/Ttotal = 10*log10(3.3844*10-18) = -174.70 (dB/K)

- Tính C/N0

C/N0 = C/Ttotal - 10 log K = -174.70 + 228.6 =53.90 dBHz

- Tính tỷ số năng lượng bit trên cường độ tạp âm của cả tuyến là

Es / N0 = C/N0 – 10 log R Nếu ta xét một tuyến có tốc độ bit là 2,048 mbps thì R=2.048 *106 bps

 Es / N0 = 53.90 – 10*log10 (2.048*10^6) = - 5 dB

4.3 Mô phỏng chất lƣợng tín hiệu sử dụng công nghệ DVB-S2 4.3.1 Giới thiệu công nghệ DVB-S2

DVB-S2 là tiêu chuẩn mới nhất trong hệ thống tiêu chuẩn DVB cho các ứng dụng vệ tinh băng rộng, với hiệu suất sử dụng băng thông tăng từ 30% đến 131% so với công nghệ DVB-S hiện nay. [7]

Kỷ nguyên truyền dẫn thông tin bằng vệ tinh thực sự có hiệu quả vào những năm 80. Khi đó, truyền dẫn qua vệ tinh đã tiết kiệm băng thông và giá thành khi sử dụng các kiểu điều chế QPSK và BPSK. Những năm 90, công nghệ phát quảng bá qua vệ tinh đã phát triển rộng rãi sau khi ETSI công bố chuẩn DVB-S đầu tiên, kết hợp điều chế QPSK với mã sửa lỗi hướng truyền trong và ngoài (Viterbi và Reed-Solomon).

Cuộc cách mạng về mã sửa lỗi kết hợp với các cấu hình điều chế mới và một loạt các đặc tính mới là nền tảng làm nên tiêu chuẩn DVB-S2. Đây là tiêu chuẩn mới nhất trong các tiêu chuẩn của ETSI về truyền dẫn thông tin vệ tinh. Kiểu điều chế này cũng đã khép lại con đường tiệm cận giới hạn về mặt lý thuyết (giới hạn shannon).

DVB-S2 với hiệu suất sử dụng băng thông tăng từ 30% đến 131% so với DVB-S đang được kỳ vọng sẽ đem lại hiệu quả to lớn khi được ứng dụng, với khả năng truyền dẫn đồng thời nhiều dịch vụ có tốc độ lớn như truyền hình có độ phân giải cao HDTV, Internet tốc độ cao, truyền số liệu và các ứng dụng chuyên nghiệp… trên cùng một bộ phát đáp của vệ tinh mà hệ thống DVB-S trước đó khó có thể thực hiện được.

DVB-S2 được ví như là một bộ công cụ cho các dịch vụ tương tác: Điều chế và mã hoá cao cấp, truyền tải bất kì dạng (format) dữ liệu nào. Mục tiêu của bộ công cụ DVB-S2 là một hệ thống đơn phục vụ cho các ứng dụng khác nhau. 4.3.2 Giới thiệu module commdvb-s2 của Matlab để mô phỏng đường truyền vệ

tinh sử dụng công nghệ DVB-S2

Các tham số input [11]:

Es/N0 là tỷ số năng lượng ký hiệu (symbol) trên cường độ tạp âm.

4.4 Kết quả mô phỏng

Hình 4.1 : Kết quả mô phỏng chất lượng tuyến thông tin vệ tinh

Từ kết quả trên ta thấy tỷ lệ lỗi Bit BER là khá lớn 0.28

Như vậy với đường truyền sử dụng công nghệ DVB-S2 cho kết quả BER khá

lớn, đường truyền xấu sẽ gây ảnh hưởng tới chất lượng khách hàng.

Giải pháp : Khi tăng EIRP của trạm phát thêm 5 dB hoặc trong điều kiện thời

tiết tốt, khi suy hao từ trạm mặt đất tới vệ tinh mong muốn chỉ khoảng 190 dB

thì tỷ số năng lượng bít trên cường độ tạp âm tính được ~ 0.8

Kết quả mô phỏng với Matlab

Hình 4.2: Kết quả mô phỏng chất lượng tuyến TTVT sau khi điều chỉnh

Dễ thấy tỷ lệ lỗi bit đã giảm đi 280 lần

Điều đó cho thấy sự cải thiện đáng kể chất lượng tuyến thông tin vệ tinh

4.5 Phân tích ảnh hƣởng của nhiễu vệ tinh lân cận tới đƣờng truyền thông

tin vệ tinh

a.Phân tích ảnh hưởng của tỷ số công suất sóng mang tín hiệu hữu ích trên

nhiễu C/I tới tỷ lệ lỗi bit (BER)

Như các phần trước đã trình bày, chất lượng của một tuyến thông tin vệ

tinh khi kể tới nhiễu giữa các vệ tinh lân cận được phản ánh qua tham số C/I - tỷ

số công suất sóng mang tín hiệu hữu ích trên nhiễu. Các vệ tinh lân cận gây

nhiễu sẽ ảnh hưởng tới tỷ số C/I – thể hiện mức độ can nhiễu kênh lân cận- .Tỷ

số này càng cao thì chất lượng một tuyến vệ tinh càng tốt. Tỷ số C/I càng nhỏ

dẫn tới chất lượng đường truyền kém, làm phát sinh bit lỗi (thể hiện qua BER)

hoặc mất gói tin. Dưới đây ta sẽ khảo sát sự phụ thuộc của tỷ số năng lượng bit

trên cường độ tạp âm với tuyến đang xét có R=2,048 mbps

Ta có :Es / N0 = C/N0 – 10 log R. Mà

C/N0 = C/Ttotal - 10 log K = C/Ttotal + 228.6 (C/Ttotal )-1 = (C/Tup)-1 + (C/Tdown )-1 + (C/TCO )-1

= (C/Tup)-1 + (C/Tdown )-1 + (C/ I + 10log (BW) - 228,6)-1

Vậy ta có sự phụ thuộc của tỷ số năng lượng bit trên cường độ tạp âm vào C/I

được biểu diễn theo đồ thị sau

Hình 4.3: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của tỷ số năng lượng bit trên cường độ tạp âm vào C/I

Khảo sát sự ảnh hưởng của C/I tới tỷ lệ bit lỗi (BER- Bit error rate) của đường

C/I

E/N0

BER

-4.796

0.2361

1.5

-4.494

0.2194

-4.206

0.2012

2.5

-3.933

0.1802

-3.674

0.1531

3.5

-3.429

0.1052

-3.198

0.04252

4.5

-2.982

0.01091

-2.78

0.001117

5.5

-2.591

4.321 *10^(-5)

-2.416

-2.103

truyền vệ tinh đang khảo sát :

Đồ thị thể hiện mối quan hệ giữa tỷ số công suất sóng mang tín hiệu hữu ích trên

nhiễu (C/I) gây ra bởi các vệ tinh lân cận với BER :

Hình 4.4: Sự phụ thuộc của BER vào tỷ số C/I với băng thông R=2,048mbps

Từ đồ thị ta thấy với một đường truyền thông tin vệ tinh có R=2.048 mbps, tỷ lệ

C/I gây ảnh hưởng khá lớn tới chất lượng đường truyền. Khi C/I < 5.5 chất lượng đường truyền là kém ( nhiều dịch vụ yêu cầu BER < 10-6 ). Trên thực tế,

có rất nhiều dịch vụ yêu cầu băng thông > 2,048 mbps, như vậy yêu cầu với C/I

sẽ càng cao hơn.

Đồ thị dưới đây thể hiện mối quan hệ giữa C/I và E/N0 với đường truyền 3,072

Hình 4.5: Sự phụ thuộc của E/No vào tỷ số C/I với băng thông R=3,072mbps

mbps

Với đường truyền này, C/I >30 mới cho E/N0 ~ -2.4 tương đương với BER ~0.

b.Phân tích ảnh hưởng của công suất bức xạ vệ tinh gây nhiễu tới tỷ số C/I

Phần trên ta đã xét ảnh hưởng của tỷ số công suất sóng mang tín hiệu hữu

ích trên nhiễu C/I gây ra bởi vệ tinh lân cận tới chất lượng đường truyền. Tiếp

theo sẽ làm rõ hơn mối quan hệ giữa vệ tinh gây nhiễu tới tỷ số C/I, qua đó phản

ánh được đầy đủ ảnh hưởng của vệ tinh lân cận tới hệ thống vệ tinh đang xét. Ở

đây ta sẽ khảo sát theo công suất bức xạ đẳng hướng của vệ tinh gây nhiễu tới

trạm đang xét. Như mục 4.2 đã trình bảy, ta tính được C/I như sau

Cuplink= (EIRP matdat + G tram_matdat_mongmuon - L1 + Gvetinh_mongmuon )

Iuplink= (EIRPmatdat_gaynhieu + G tram_matdat_gaynhieu() - L2 + Gvetinh_mongmuon)

Tương tự ta có :

Cdownlink = (EIRP vetinh_mongmuon + G tramthu_matdat_mongmuon - L3 + Gvetinh_mongmuon )

Idownlink = (EIRPvetinh_gaynhieu + G tram_matdat () - L4 + Gvetinh_gaynhieu )

 C/Itotal = -10* lg(10-C/Iup/10 + 10-C/Idown/10 ) [dB]

Như vậy, với các tham số đã cho, ta có sự phụ thuộc của tỷ số C/I vào công suất

Hình 4. 6 : Sự phụ thuộc của C/I vào EIRP trạm gây nhiễu

bức xạ đẳng hướng EIRP của trạm gây nhiễu.

Như vậy khi EIRP của trạm gây nhiễu rất nhỏ (<-15 dBW) thì C/I khá lỡn

(~42 dB), như vậy chất lượng đường truyền khá tốt. Không xuất hiện bit lỗi khi

khảo sát với matlab (xem đồ thị 4.6). Tuy nhiên khi EIRP trạm gây nhiễu lớn

(>10 dBW) thì tỷ số C/I giảm nhanh dẫn tới giảm chất lượng đường truyền. Như

đồ thị hình 4.6.3 ta thấy khi C/I <30 sẽ xuất hiện bit lỗi, tương đương với EIRP

trạm gây nhiễu ~ 5.5 dBW sẽ gây ra bit lỗi cho đường có băng thông 3,072

mbps. Giá trị EIRP ngưỡng gây lỗi bit sẽ nhỏ hơn nữa với các đường truyền yêu

cầu băng thông lớn hơn. Để khắc phục vấn đề này, có thể tăng công suất phát

của trạm hoặc tăng độ lợi anten bằng cách tăng đường kính anten.

4.6 Xây dựng phần mềm tính chất lƣợng đƣờng truyền thông tin vệ tinh khi

có kể tới nhiễu giữa các vệ tinh lân cận

4.6.1Mục tiêu và giải pháp

Xây dựng công cụ tính toán chất lượng đường truyền qua các tham số C/I,

C/N... Điều này giúp việc khảo sát chất lượng đường truyền khi thay đổi các

tham số trở nên dễ dàng hơn.

Phần mềm sử dụng Matlab làm ngôn ngữ lập trình để xây dựng công cụ

tính. Lựa chọn Matlab vì chương trình có nhiều ưu điểm mãnh mẽ như : hỗ trợ

mạnh về toán học và tính toán, được tích hợp sẵn nhiều toolbox nên dễ dàng kết

hợp giữa phần mềm tính chất lượng đường truyền thông tin vệ tinh với các công

cụ mô phỏng của Matlab, có thể thiết kế được giao diện người dùng...

Nhược điểm : do kích thước file thực thi .exe (do Matlab biên dịch) khá lớn

nên phần mềm còn hạn chế khi chạy trên những PC không cài Matlab.

Tuy vậy, một cách tổng quát, Matlab đáp ứng hoàn toàn yêu cầu của phần mềm

tính toán và có khả năng tích hợp mạnh mẽ với những thư viện công cụ mô

phỏng khác.

4.6.2.Giao diện và chức năng của chương trình

Giao diện nhập số liệu và các giá trị mặc định

Hình 4.7: Giao diện nhập số liệu của phần mềm

Giao diện kết quả

Hình 4.8: Giao diện kết quả của phần mềm

Tóm Tắt chƣơng :

Chương 4 là chương quan trọng nhất của luận văn, đã trình bày tính toán chi tiết đường truyền thông tin vệ tinh VINASAT khi có tính tới nhiễu giữa các vệ tinh lân cận. Kết quả tính toán, mô phỏng phản ánh được chất lượng tuyến thông tin vệ tinh cũng như chất lượng dịch vụ cung cấp cho khách hàng (thông qua tham số BER). Ngoài ra, chương 4 cũng xây dựng công cụ phục vụ tính toán này, giúp cho việc khảo sát tuyến thông tin vệ tinh nhanh và đơn giản hơn.

Kết luận

Cùng với sự phát triển của công nghệ thông tin, các dịch vụ truyền thông

đa phương tiện ngày càng đa dạng và thể hiện vai trò quan trọng đối với sự phát

triển của đất nước.Thông tin vệ tinh với những ưu điểm của mình đã và đang trở

thành phương tiện hữu hiệu cung cấp kết nối cho các dịch vụ này ( như phát

thanh, truyền hình, Internet, thoại ...). Tuy vậy, do đòi hỏi cao về chất lượng

cũng như tốc độ đường truyền đã khiến số lượng vệ tinh trên quỹ đạo tăng

nhanh chóng, dẫn tới ảnh hưởng nhiễu giữa các vệ tinh lân cận. Do đó luận văn

đã tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của nhiễu vệ tinh lân cận và thu được kết quả

như sau :

 Trình bày về hệ thống thông tin vệ tinh : lịch sử ra đời, các đặc điểm của

thông tin vệ tinh, các dạng quỹ đạo ....

 Chỉ ra các nguồn gây nhiễu, phân tích, tính toán và mô phỏng ảnh hưởng

của nhiễu vệ tinh lân cận tới chất lượng đường truyền thông tin vệ tinh.

 Ngoài ra công cụ tính toán nhiễu vệ tinh lân cận được xây dựng với mong

muốn giúp tiết kiệm thời gian cho những khảo sát sau này.

Phần mô phỏng, công cụ tính toán đã phần nào đáp ứng được yêu cầu thực tế

là đánh giá tác động của nhiễu do vệ tinh lân cận tới chất lượng tuyến thông tin

vệ tinh. Tuy nhiên do thời gian co hạn nên vẫn còn nhiều thiếu sót. Những thiếu

sót này sẽ được tiếp tục nghiên cứu và hoàn thiện trong thời gian tiếp theo.

Một lần nữa, xin gửi lời cảm ơn chân thành và biết ơn sâu sắc tới thầy,

PGS.TS Nguyễn Viết Kính.Thầy đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tôi trong quá

trình thực hiện luận văn này.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tiếng Việt

1. Ths Nguyễn Huy Cương, “Đặc điểm của hệ thống vệ tinh trong các băng

tần”, Cục Tần số vô tuyến điện tử.

2. Công ty viễn thông liên tỉnh VTI (2012) , PHỤ LỤC I- Tài liệu Các chỉ tiêu

kỹ thuật vệ tinh VINASAT-1 & 2 và các dịch vụ cung cấp.

3. ThS Hoàng Văn Diễn (2007), “Tổng quan bài toán tính năng lượng đường

truyền qua vệ tinh địa tĩnh”.

4. Ths Lê Anh Dũng (2009), “Các nguyên nhân và giải pháp hạn chế nhiễu trong thông tin vệ tinh”, Tạp chí Điện tử Ngày Nay (Hội Vô Tuyến Điện Tử Việt Nam).

5. Lê Đình Dũng (2005), Lý thuyết thông tin vệ tinh địa tĩnh và ứng dụng tính toán đường truyền cho kênh thuê riêng qua vệ tinh, Luận văn tốt nghiệp đại học trường Đại Học Công Nghệ, Hà Nội.

6. TS Nguyễn Phạm Anh Dũng (2007), Thông tin vệ tinh, Học Viện Công Nghệ

Bưu Chính Viễn Thông, Hà Nội.

7. Trung Đức (2012), “Thông số kỹ thuật công nghệ truyền dẫn vệ tinh DVB-

S2” , http://diendanvetinh.com.vn/t2217-topic.

8. PGS.TS Thái Hồng Nhị (2008), Hệ thống thông tin vệ tinh, Nhà xuất bản

Bưu Điện

9. Nguyễn Trung Tấn (2009), Bài giảng thông tin vệ tinh, Học Viện Kỹ Thuật

Quân Sự, Hà Nội

Tiếng Anh

10. ITU-T (1999), S.1418 Method for calculating single entry C/I ratio for links

in inter-satellite service using geostationary orbit.

11. Matlab, “DVB-S2 Link (2012b Document)”.

Phụ lục 1: Code của chƣơng trình tính toán

clc;close all;clear all;

clear inputdlg;

figure('Name','Chuong trinh tinh toan nhieu giua cac ve tinh -

ver0.1','NumberTitle','off')

title('string');

I=imread('vetinh.jpg'); % Load the image file and store it as the variable I.

%whos; % Type "whos" in order to find out the size and class of all stored

variables.

%save I; % Save the variable I.

imshow(I);

% ===========khai bao bien========

prompt1={'EIRP mat dat toi ve tinh mong muon[dBW]', 'G anten tram mat dat

mong muon[dBW]', 'Tong suy hao cua tram phat ->ve tinh mong muon[dB]', 'G

anten ve tinh mong muon[dBW]',...

'EIRP tram mat dat gay nhieu[dBW]', 'G anten tram mat dat gay nhieu theo

huong vt mong muon[dBW]','tong suy hao tram mat dat gay nhieu toi vt mong

muon[dB]','G ve tinh mong muon[dB]',...

'Do rong bang tan su dung[Hz]','Bang thong duong truyen R [mbps]','G/T ve

tinh mong muon[dB/K]','G/T tram thu mat dat [dB/K]'};

defans={'25.6', '53', '200.08','21', '16',

'27.461','199.977','21','36*10^6','2.048*10^6','-0.3','5'};

fields = {'num1','num2',

'num3','num4','num5','num6','num7','num8','num9','num10','num11','num12'};

options.Resize='on';

options.WindowStyle='modal';

info1 = inputdlg(prompt1, 'nhap so lieu dau vao --writed by Linh',1,

defans,options);

info1 = cell2struct(info1,fields);

EIRPstation_w=str2num(info1.num1);

Gstation_w=str2num(info1.num2) ;

Lsw=str2num(info1.num3) ;

Gsat_w=str2num(info1.num4) ;

EIRPstation_i=str2num(info1.num5) ;

Gstation_i=str2num(info1.num6) ;

Lsi=str2num(info1.num7) ;

Gsat_w=str2num(info1.num8) ;

BW=str2num(info1.num9) ;

R=str2num(info1.num10) ;

G_Tsat=str2num(info1.num11) ;

G_T_station=str2num(info1.num12) ;

S=42164.57;

c=3*10^8;

K=1.374*10^-23;

Te=184;

%tinh C/I up================================================

C_I_up= (EIRPstation_w+Gstation_w-Lsw+Gsat_w)-

(EIRPstation_i+Gstation_i-Lsi+Gsat_w);

% Tao khung nhap so lieu tinh toan C_I_down========================

prompt2={'EIRP ve tinh mong muon[dBW]', 'G anten tram thu mat dat mong

muon[dBW]', 'Tong suy hao cua tram thu ->ve tinh mong muon[dB]', 'G anten

ve tinh mong muon[dBW]',...

'EIRP ve tinh gay nhieu[dBW]', 'G anten tram thu mat dat theo huong vt gay

nhieu[dBW]','tong suy hao tram thu mat dat mong muon toi vt gay nhieu[dB]','G

ve tinh gay nhieu[dB]'};

defans={'44.2', '49', '194.7','21', '-12.6', '27.461','196.26','20'};

fields = {'num1','num2', 'num3','num4','num5','num6','num7','num8'};

options.Resize='on';

options.WindowStyle='modal';

info2 = inputdlg(prompt2, 'nhap so lieu dau vao --writed by Linh',1,

defans,options);

info2 = cell2struct(info2,fields);

EIRPsat_w=str2num(info2.num1);

Gstation_w=str2num(info2.num2);

Lthu_w=str2num(info2.num3);

EIRPsat_i=str2num(info2.num5);

Gthu_vtnhieu=str2num(info2.num6);

Lstation_w_sat_i=str2num(info2.num7);

Gsat_i=str2num(info2.num8);

%tinh C/I down============================================

C_I_down=(EIRPsat_w+Gstation_w-Lthu_w+Gsat_w)-

(EIRPsat_i+Gthu_vtnhieu-Lstation_w_sat_i+Gsat_i);

C_I_total=-10*log10(10^(-C_I_up/10)+10^(-C_I_down/10));

%Tinh C_T_total===========================================

C_T_up=EIRPstation_w-Lsw+G_Tsat;

C_T_upWK=10^(C_T_up/10);

C_T_down=EIRPsat_w-Lthu_w+G_T_station;

C_T_downWK=10^(C_T_down/10);

C_T_CO=C_I_total+10*log10(BW)-228.6;

C_T_CO_WK=10^(C_T_CO/10);

C_T_total_W_K=1/(1/C_T_upWK+1/C_T_downWK+1/C_T_CO_WK);

C_T_total_dB_K=10*log10(C_T_total_W_K);

%Tinh C_No==============================================

C_N0=C_T_total_dB_K+228.6

%Tinh ty so nang luong bit tren cuong do tap am toan tuyen

E_N0=C_N0-10*log10(R)

%Ket qua=================================================

C_I_total_string=num2str(C_I_total);

C_T_total_dB_K_string=num2str(C_T_total_dB_K);

C_N0_string=num2str(C_N0);

E_N0_string=num2str(E_N0);

prompt3={'C/I[dB]', 'C/T [dB/K]', 'C/No[dBHz]', 'ty so nang luong bit tren

cuong do tap am [dB]'};

defans3={C_I_total_string,C_T_total_dB_K_string,C_N0_string,E_N0_string};

%fields = {'num1','num2', 'num3','num4','num5','num6','num7','num8'};

options.Resize='on';

options.WindowStyle='modal';

info3 = inputdlg(prompt3, 'Ket qua tinh toan',1, defans3,options);

%info3 = cell2struct(info2,fields);

Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Tính đường truyền cho hệ thống thông tin Vinasat

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ---------- CHU TUẤN LINH TÍNH ĐƢỜNG TRUYỀN CHO HỆ THỐNG THÔNG TIN VINASAT

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÀ NỘI - 2012

TÍNH ĐƢỜNG TRUYỀN CHO HỆ THỐNG THÔNG TIN VINASAT

Chuyên ngành : Vật lý Vô tuyến và Điện tử Mã số: 60 44 03

MỤC LỤC

DANH MụC HÌNH Vẽ ....................................................................................................................................... 3

DANH MụC CHữ VIếT TắT ............................................................................................................................. 4

MỞ ĐẦU ............................................................................................................................................................. 5

CHƢƠNG 1 :TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH........................................................ 6

TINH LÂN CẬN CHO VỆ TINH VINASAT-1 ............................................................................................... 60

TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................................................................. 75

PHụ LụC 1: CODE CủA CHƢƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN ........................................................................... 76

MỞ ĐẦU

CHƢƠNG 1 :TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN

VỆ TINH

PHẦN KHÔNG GIAN

PHẦN MẶT ĐẤT

CHƢƠNG 2 : ĐẶC ĐIỂM THÔNG TIN VỆ TINH

VINASAT

SFD

Kinh

Vĩ độ

EIRP

G/T

độ

trung bình

Thành phố

Quốc gia

(Đông)

(Bắc)

(dBW/m²)

(dBW)

(dB/K)

SFD

Kinh độ

Vĩ độ

EIRP

G/T

trung bình

Thành phố

Quốc gia

CHƢƠNG 3 : TÍNH TOÁN ĐƢỜNG TRUYỀN THÔNG

TIN VỆ TINH KHI CÓ NHIỄU

=

+

+

=

+

+

Kết luận

Có thể bạn quan tâm

Tài liêu mới

AI tóm tắt

Giới thiệu tài liệu

Đối tượng sử dụng

Từ khoá chính

Nội dung tóm tắt

Giới thiệu

Về chúng tôi

Việc làm

Quảng cáo

Liên hệ

Chính sách

Thoả thuận sử dụng

Chính sách bảo mật

Chính sách hoàn tiền

DMCA

Hỗ trợ

Hướng dẫn sử dụng

Đăng ký tài khoản VIP

093 303 0098

support@tailieu.vn

Phương thức thanh toán

Theo dõi chúng tôi

Facebook

Youtube

TikTok