TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH
Lịch sử phát triển của thông tin vệ tinh
Nhà bác học Nga Tsiolkovsky (1857-1935) đã đưa ra các khái niệm cơ bản về tên lửa đẩy dùng nhiên liệu lỏng và ý tưởng phát triển tên lửa nhiều tầng cũng như tàu vũ trụ có người điều khiển để thăm dò vũ trụ Năm 1926, Robert Hutchinson Goddard đã thành công trong việc thử nghiệm tên lửa đẩy dùng nhiên liệu lỏng, mở ra bước đột phá trong công nghệ tên lửa Vào tháng 5/1945, nhà vật lý nổi tiếng người Anh Arthur Clarke đã đề xuất ý tưởng về hệ thống gồm ba vệ tinh địa tĩnh để phát thanh và quảng bá thông tin toàn cầu, đặt nền móng cho hệ thống truyền thông vệ tinh hiện đại.
Vào tháng 10 năm 1957, Liên Xô lần đầu tiên phóng thành công vệ tinh nhân tạo Sputnik-1, đánh dấu bước ngoặt quan trọng trong kỷ nguyên truyền thông vệ tinh Năm 1958, Mỹ phát đi tín hiệu điện đầu tiên qua vệ tinh SCORE, mở ra khả năng truyền thông toàn cầu qua công nghệ vệ tinh Đến năm 1964, tổ chức thông tin vệ tinh quốc tế INTELSAT chính thức được thành lập, góp phần thúc đẩy hợp tác và phát triển mạng lưới truyền hình và thông tin toàn cầu.
Năm 1965, hệ thống thông tin vệ tinh thương mại đầu tiên, INTELSAT-1 (Early Bird), được ra đời Cuối cùng cùng năm đó, Liên Xô phóng vệ tinh MOLNYA vào quỹ đạo elip, đánh dấu bước tiến lớn trong công nghệ vệ tinh Năm 1971, tổ chức thông tin vệ tinh quốc tế INTERSPUTNIK được thành lập, gồm Liên Xô và 9 quốc gia XHCN, mở rộng hợp tác trong lĩnh vực truyền thông vệ tinh toàn cầu.
Trong giai đoạn 1972-1976, các quốc gia như Canada, Mỹ, Liên Xô và Indonesia đã bắt đầu sử dụng vệ tinh để truyền tin nội địa Năm 1979, tổ chức Thông tin Hàng hải Quốc tế qua Vệ tinh (INMARSAT) chính thức được thành lập nhằm nâng cao khả năng liên lạc hàng hải toàn cầu Đến năm 1984, Nhật Bản đã đưa vào sử dụng hệ thống truyền hình trực tiếp qua vệ tinh, mở ra bước tiến lớn trong dịch vụ truyền hình quốc tế Năm 1987, các nhà khoa học đã thử nghiệm thành công vệ tinh phục vụ cho thông tin di động qua vệ tinh, góp phần phát triển mạng lưới liên lạc di động hiện đại.
Từ những năm 1999 đến nay, ý tưởng về hệ thống thông tin di động và băng rộng toàn cầu sử dụng vệ tinh đã hình thành và phát triển mạnh mẽ trên thế giới Ở Việt Nam, sự tiến bộ trong công nghệ vệ tinh đã góp phần thúc đẩy phát triển hạ tầng truyền thông, nâng cao khả năng kết nối toàn diện và mở rộng dịch vụ thông tin liên lạc Công nghệ vệ tinh đã trở thành yếu tố quan trọng giúp Việt Nam nâng cao chất lượng dịch vụ viễn thông và phát triển các ứng dụng mới trong lĩnh vực công nghiệp, giáo dục và kinh tế số.
Năm 1980, trạm thông tin vệ tinh mặt đất Hoa Sen-1 đã chính thức đi vào hoạt động tại Kim Bảng – Hà Nam, là phần quan trọng trong hệ thống thông tin vệ tinh INTERPUTNIK và được nhà nước Liên Xô tặng cho nhân dân Việt Nam Đến năm 1984, trạm thông tin vệ tinh Hoa Sen-2 cũng đã được khánh thành tại Thành phố Hồ Chí Minh, góp phần nâng cao khả năng truyền tải dữ liệu vệ tinh của Việt Nam.
Vào ngày 24/09/1998, Thủ tướng Chính phủ đã ra quyết định số 868/QĐ-TTG phê duyệt báo cáo dự án phóng vệ tinh viễn thông VINASAT lên quỹ đạo địa tĩnh Dự án do Tổng Công ty Bưu chính Viễn thông Việt Nam làm chủ đầu tư, góp phần nâng cao hạ tầng viễn thông quốc gia Quyết định này đánh dấu bước ngoặt quan trọng trong việc phát triển công nghệ truyền hình vệ tinh và dịch vụ viễn thông tại Việt Nam Việc phê duyệt dự án VINASAT giúp mở rộng khả năng truyền tải dữ liệu, nâng cao chất lượng dịch vụ viễn thông và thúc đẩy sự phát triển của ngành công nghiệp công nghệ cao.
Vào tháng 4 năm 2008, Việt Nam đã thành công trong việc phóng vệ tinh VINASAT-1 lên quỹ đạo địa tĩnh nhờ hợp tác với Pháp, đánh dấu bước tiến lớn trong ngành công nghệ không gian của đất nước Đây là vệ tinh do Mỹ cung cấp và giúp Việt Nam trở thành quốc gia thứ 6 trong khu vực có vệ tinh riêng, cũng là quốc gia thứ 93 trên thế giới sở hữu vệ tinh riêng Tiếp nối thành công này, ngày 16/5/2012, Việt Nam lại phóng thành công vệ tinh VINASAT-2 lên quỹ đạo địa tĩnh, nâng cao năng lực truyền tải dữ liệu và dịch vụ viễn thông quốc gia.
Đặc điểm của hệ thống thông tin vệ tinh
Vệ tinh ra đời muộn nhưng lại phát triển rất nhanh nhờ vào những ưu điểm vượt trội so với các hệ thống viễn thông khác, góp phần nâng cao khả năng truyền tải dữ liệu và mở rộng phạm vi phủ sóng Công nghệ vệ tinh mang lại lợi ích lớn trong việc cung cấp dịch vụ liên lạc ổn định và tin cậy, đặc biệt trong các khu vực khó tiếp cận hoặc bị giới hạn bởi địa hình Nhờ những ưu điểm này, hệ thống vệ tinh ngày càng trở thành lựa chọn hàng đầu trong lĩnh vực viễn thông toàn cầu.
Hệ thống thông tin vệ tinh có vùng phủ sóng rộng, chỉ cần ba vệ tinh để bao phủ toàn cầu, ngoại trừ hai cực Thiết bị phát sóng của hệ thống tiêu thụ công suất nhỏ, mang lại tính linh hoạt cao và hiệu quả kinh tế lớn Hệ thống có khả năng thiết lập nhanh chóng ngay cả trong điều kiện các trạm mặt đất nằm xa nhau hoặc ở địa hình phức tạp, đồng thời dung lượng có thể linh hoạt điều chỉnh theo nhu cầu.
Hệ thống thông tin vệ tinh có khả năng đa truy cập và xử lý dung lượng thông tin lớn, giúp chia sẻ cùng một bộ phát đáp qua vệ tinh cho nhiều trạm mặt đất Nhờ việc ứng dụng các kỹ thuật sử dụng lại băng tần và băng tần rộng, hệ thống này có thể đạt dung lượng cao trong thời gian ngắn mà các hình thức truyền thông khác khó có thể sánh bằng Thông tin vệ tinh đa dạng về loại hình dịch vụ, bao gồm thư thoại, fax, internet, phát thanh, truyền hình, thông tin di động qua vệ tinh, thăm dò địa chất, quan sát mục tiêu, nghiên cứu khí tượng, cũng như phục vụ quốc phòng và an ninh.
Thông tin vệ tinh đảm bảo độ tin cậy cao, ổn định trong mọi điều kiện thời tiết khắc nghiệt như bão lớn hay động đất mạnh Trong các tình huống khẩn cấp, khi các phương tiện truyền thông khác gặp sự cố, hệ thống vệ tinh vẫn hoạt động liên tục, đóng vai trò là kênh liên lạc duy nhất Tuyến truyền thông vệ tinh gồm các vệ tinh như trạm lặp, thiết bị bám vệ tinh và các trạm mặt đất thu phát, có xác suất hư hỏng rất thấp Các thiết bị trên vệ tinh được thiết kế tận dụng năng lượng mặt trời, cung cấp nguồn điện ổn định liên tục cả ngày lẫn đêm, đảm bảo liên lạc thông suốt mọi lúc mọi nơi.
Thông tin vệ tinh mặc dù mang lại nhiều lợi ích, nhưng cũng gặp phải một số nhược điểm quan trọng như trễ truyền dẫn lớn do khoảng cách xa gây ảnh hưởng đến tốc độ truyền dữ liệu Quá trình truyền tín hiệu qua nhiều thiết bị thu phát và qua không gian rộng cùng các yếu tố khí quyển, thời tiết khiến tín hiệu bị suy hao đáng kể Chi phí lắp đặt hệ thống vệ tinh cao, bao gồm chi phí phóng và vận hành, đồng thời tồn tại rủi ro về sự cố kỹ thuật Ngoài ra, thời gian sử dụng của vệ tinh hạn chế, khó khăn trong việc bảo dưỡng, sửa chữa và nâng cấp do vệ tinh hoạt động xa trái đất, chỉ được điều khiển qua trạm kiểm soát từ xa, khiến việc khắc phục sự cố trở nên phức tạp hơn.
Các dạng quỹ đạo của vệ tinh
Hình 1.1 Ba dạng quỹ đạo cơ bản của vệ tinh
Chuyển động của vệ tinh tuân theo ba định luật Kepler quan trọng Định luật Kepler thứ nhất khẳng định rằng quỹ đạo của các hành tinh là hình elip, với Mặt Trời nằm ở một tiêu điểm của elip đó Định luật thứ hai quy định rằng đường nối giữa hành tinh và Mặt Trời sẽ quét qua những diện tích bằng nhau trong các khoảng thời gian bằng nhau, thể hiện tính đều đặn của quỹ đạo Định luật thứ ba cho biết rằng bình phương chu kỳ quay quanh Mặt Trời của hành tinh tỷ lệ với lập phương của bán trục lớn của quỹ đạo đó, giúp dự đoán chính xác hành trình của các hành tinh trong hệ Mặt Trời.
Quỹ đạo cực tròn và quỹ đạo elip là các dạng quỹ đạo hành tinh chuyển động quanh mặt trời, theo các định luật chuyển động của các hành tinh Trong hệ thống vệ tinh, các loại quỹ đạo gồm quỹ đạo cực tròn, quỹ đạo elip nghiêng, và quỹ đạo xích đạo tròn, tương ứng với các đặc điểm chuyển động khác nhau Trong lĩnh vực viễn thông, chỉ sử dụng quỹ đạo xích đạo tròn vì phù hợp để đặt các vệ tinh địa tĩnh, giúp truyền dẫn dữ liệu hiệu quả trên mặt phẳng đường xích đạo Quỹ đạo xích đạo tròn là dạng quỹ đạo lý tưởng cho vệ tinh truyền thông, khi vệ tinh duy trì một độ cao cố định trên mặt phẳng này.
* Quỹ đạo địa tĩnh GEO (Geostationalry Earth Orbit)
Vệ tinh địa tĩnh là vệ tinh nằm ở quỹ đạo tròn cách mặt đất khoảng 36.000 km, orbit này nằm trong mặt phẳng xích đạo và có góc nghiêng bằng 0, quay cùng chiều với trái đất từ Tây sang Đông Ưu điểm chính của vệ tinh địa tĩnh là hiệu ứng Doppler rất nhỏ, giúp giảm thiểu việc điều chỉnh anten trạm mặt đất, đồng thời giữ cho vệ tinh dường như đứng yên so với trạm mặt đất Nhờ đó, quỹ đạo này là lựa chọn lý tưởng cho các hệ thống truyền thông, đảm bảo tín hiệu ổn định và liên tục suốt 24 giờ Vùng phủ sóng của vệ tinh địa tĩnh chiếm tới 42.2% diện tích bề mặt trái đất, cho phép các trạm mặt đất ở xa có thể liên lạc trực tiếp, và hệ thống ba vệ tinh có khả năng phủ sóng toàn cầu.
Quỹ đạo địa tĩnh là nguồn tài nguyên thiên nhiên hạn chế trong vũ trụ, đang dần cạn kiệt do ngày càng nhiều vệ tinh từ các quốc gia được phóng lên Ngoài ra, quỹ đạo này không thể phủ sóng các khu vực có vĩ độ lớn hơn 81.3 độ và chất lượng truyền dẫn phụ thuộc nhiều vào điều kiện thời tiết, gây ra độ trễ truyền lớn Tính bảo mật của liên lạc qua quỹ đạo địa tĩnh còn chưa cao, trong khi đó, công suất truyền sóng bị suy hao đáng kể, lên tới gần 200 dB Tuy nhiên, quỹ đạo địa tĩnh vẫn là lựa chọn quan trọng cho vệ tinh thông tin, đặc biệt phù hợp để duy trì liên lạc ở các vùng có vĩ độ dưới 81.3 độ, đảm bảo an toàn thông tin liên lạc trong nhiều ứng dụng khác nhau.
* Quỹ đạo trung bình MEO (Medium Earth Orbit)
Vệ tinh MEO hoạt động ở độ cao từ 10.000 km đến 20.000 km, với chu kỳ quỹ đạo từ 5 đến 12 giờ, giúp cung cấp thời gian quan sát từ 2 đến 4 giờ Hệ thống này thường được sử dụng cho các dịch vụ thông tin di động và radio Để phủ sóng toàn cầu, hệ thống MEO cần khoảng 12 vệ tinh, mang lại chi phí hợp lý, độ trễ truyền dẫn thấp, nhưng vẫn gặp phải nhược điểm về tổn hao tín hiệu lớn.
Cấu trúc một hệ thống thông tin vệ tinh
Một hệ thống thông tin vệ tinh bao gồm phần không gian và phần mặt đất được mô tả như hình vẽ 1.2
Trạm mặt đất 1 Trạm mặt đất 2 Phân hệ mặt đất
Vệ tinh Phân hệ không gian Đường xuống Đường lên Đường xuống Đường lên
Hình 1.2 Cấu trúc một hệ thống thông tin vệ tinh
Phần không gian của hệ thống bao gồm các vệ tinh và trạm điều khiển mặt đất Vệ tinh được chia thành phân hệ chính là phân hệ thông tin, cùng với các phân hệ phụ trợ hỗ trợ hoạt động của phân hệ thông tin nhằm đảm bảo hiệu quả trong truyền tải dữ liệu và điều khiển từ xa.
Phân hệ thông tin bao gồm hệ thống anten thu phát và tất cả các thiết bị điện tử hỗ trợ truyền dẫn sóng mang
Phân hệ thông tin được đặc trưng bởi các thông số kỹ thuật quan trọng như băng tần công tác, số lượng bộ phát đáp, độ rộng dải thông của mỗi bộ phát đáp, cũng như phân cực tín hiệu của đường lên và đường xuống, đảm bảo hiệu suất truyền tải dữ liệu tối ưu Các yếu tố như công suất bức xạ tương đương đẳng hướng (EIRP), mật độ thông lượng công suất tại biên vùng phủ sóng, và mật độ công suất bão hòa tại anten thu của vệ tinh đều ảnh hưởng đến chất lượng và phạm vi phát sóng Ngoài ra, hệ số phẩm chất G/T của máy thu vệ tinh, công suất đầu ra của bộ công suất phát, cấu hình dự phòng cho máy thu và bộ khuếch đại công suất cao đều là các thông số quan trọng giúp đảm bảo hệ thống hoạt động hiệu quả, ổn định trong mọi điều kiện.
Các phân hệ phụ trợ của hệ thống gồm có khung vệ tinh, phân hệ cung cấp năng lượng, phân hệ điều khiển nhiệt độ, phân hệ điều khiển quỹ đạo và tư thế vệ tinh, cùng phân hệ đẩy Nhiệm vụ của phân hệ thông tin là đảm bảo liên lạc và truyền dữ liệu chính xác, giúp hệ thống vận hành ổn định và hiệu quả Các phân hệ này hợp tác chặt chẽ để duy trì chức năng của vệ tinh, từ cung cấp năng lượng liên tục đến điều chỉnh hướng quỹ đạo và nhiệt độ phù hợp trong suốt quá trình hoạt động.
Khuếch đại sóng mang thu được nhằm phục vụ việc phát lại trên đường xuống của tín hiệu vệ tinh Công suất sóng mang ở đầu vào máy thu vệ tinh thường rất thấp, trong khoảng pW, trong khi đó công suất tại đầu ra của bộ khuếch đại công suất cao có thể đạt từ 10W đến 100W Nhờ đó, bộ khuếch đại công suất của bộ phát đáp vệ tinh có thể tăng công suất tín hiệu lên khoảng 100dB đến 130dB, đảm bảo tín hiệu đủ mạnh để truyền xa và giữ chất lượng.
Thay đổi tần số sóng mang để tránh hiện tượng một phần công suất phát tác động trở lại phía đầu thu
Phần mặt đất bao gồm các trạm mặt đất, thường kết nối trực tiếp hoặc qua mạng mặt đất để đến các thiết bị đầu cuối của người sử dụng Nhiệm vụ của trạm mặt đất là tiếp nhận tín hiệu từ mạng mặt đất hoặc từ các thiết bị đầu cuối, xử lý các tín hiệu này rồi phát lại ở tần số và mức công suất phù hợp để đảm bảo hoạt động hiệu quả của vệ tinh.
Trạm mặt đất thu tín hiệu sóng mang từ vệ tinh trên từng tần số đã chọn, sau đó xử lý để chuyển đổi thành các tín hiệu băng gốc phù hợp Tín hiệu đã được xử lý cuối cùng sẽ được cung cấp cho các mạng mặt đất hoặc trực tiếp đến các thiết bị đầu cuối của người dùng, đảm bảo truyền tải dữ liệu hiệu quả và đáng tin cậy.
Một trạm mặt đất có thể có khả năng thu và phát lưu lượng một cách đồng thời hoặc trạm chỉ phát hoặc chỉ thu [1].
Các phương pháp đa truy nhập đến vệ tinh
Trong hệ thống thông tin vệ tinh, các trạm mặt đất liên lạc qua vệ tinh sử dụng các phương thức truy nhập hiệu quả để tối ưu hóa truyền dữ liệu Băng tần của vệ tinh thường được chia thành các băng nhỏ, từng băng được khuếch đại riêng cho từng bộ phát đáp nhằm nâng cao hiệu suất liên lạc Truy nhập có thể giới hạn cho một trạm mặt đất hoặc thực hiện đồng thời nhiều sóng mang cùng lúc để tăng khả năng truyền dữ liệu Một vệ tinh có thể tích hợp cả hai phương pháp truy nhập này để đảm bảo độ linh hoạt và hiệu quả tối đa trong hệ thống liên lạc vệ tinh.
Một số bộ phát đáp chỉ hoạt động với một sóng mang đơn, trong khi đó cũng có các bộ phát đáp đa sóng mang giúp xử lý nhiều tín hiệu cùng lúc Các phương pháp đa truy nhập này đóng vai trò quan trọng trong liên lạc vệ tinh, cho phép hệ thống truyền tải dữ liệu hiệu quả hơn thông qua việc sử dụng nhiều sóng mang đồng thời.
Hệ thống thông tin vệ tinh hiện nay phổ biến sử dụng các phương thức đa truy nhập như FDMA, TDMA, CDMA, OMA, RMA và DAMA dựa trên các tiêu chí về tần số, thời gian, không gian hoặc xử lý mã Truy nhập trong lĩnh vực vệ tinh được hiểu là nhiều người dùng chia sẻ tài nguyên chung để truy cập dịch vụ cùng lúc Trong lĩnh vực thông tin vệ tinh, các trạm mặt đất sử dụng cùng kiểu dịch vụ và các tuyến liên kết liên vệ tinh (ISL) ngày càng trở nên phổ biến, mở rộng khái niệm về người dùng bao gồm các vệ tinh khác nhau và các dịch vụ mới trong tương lai.
Dưới đây trình bày một cách tổng quát một số kỹ thuật đa truy nhập thường được sử dụng nhất đó là kỹ thuật FDMA, TDMA và CDMA
1.5.1 Phương pháp đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA
FDMA (Frequency Division Multiple Access) là phương pháp đa truy cập dựa trên nguyên tắc phân chia tần số, phổ biến trong truyền thông vệ tinh để tối ưu hóa sự phối hợp giữa nhiều trạm mặt đất Trong hệ thống thông tin vệ tinh sử dụng FDMA, mỗi trạm mặt đất có riêng một phần tần số cố định để truyền tín hiệu, giúp giảm nhiễu và tăng hiệu quả truyền dữ liệu Phương pháp này phù hợp cho các hệ thống yêu cầu liên lạc ổn định, nhiều trạm hoạt động cùng lúc trên cùng một kênh tần số.
Trạm mặt đất thu gom toàn bộ lưu lượng thông tin của mình lên một sóng mang đơn giản bằng phương pháp ghép băng tần cơ bản FDM hoặc TDM mà không cần biết địa chỉ của các thông tin đó Sóng mang FM này mang các tín hiệu có địa chỉ khác nhau, được khuếch đại nhờ khuếch đại công suất của trạm mặt đất rồi phát lên vệ tinh qua anten phát Vệ tinh thu những sóng mang này cùng với các sóng khác, được phân biệt dựa trên tần số của chúng Toàn bộ băng tần thu được sau đó sẽ qua các bộ lọc, rồi được khuếch đại bằng các bộ khuếch đại phù hợp nhằm tăng cường tín hiệu trước khi truyền tiếp.
Trong các kiểu FDMA, phương pháp SCPC (Single Channel Per Carrier) thường được sử dụng phổ biến Phương thức này truyền tải một kênh đơn trên một sóng mang duy nhất, phù hợp để truyền tải tín hiệu thoại hoặc dữ liệu Tín hiệu được điều tần hoặc điều pha PSK trước khi phát đi, và truy cập tới vệ tinh theo phương thức FDMA nhằm đảm bảo hiệu quả trong việc phân chia băng thông và giảm thiểu nhiễu.
Kiểu đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA) dựa trên nguyên tắc các kênh thoại được đưa đến trạm mặt đất dưới dạng luồng PCM hoặc PSK Sau khi thực hiện chuyển đổi A/D cho các luồng số có tốc độ từ 16 đến 64 Kbps, chúng được ghép kênh và điều chế sóng mang theo kiểu PSK để phát đi Vệ tinh nhận các tín hiệu này dựa trên phương pháp FDMA, giúp tối ưu hóa dung lượng truyền dẫn Khi lưu lượng truyền dẫn tại một trạm đạt mức tới hạn, có thể tăng dung lượng kênh thoại mà không cần tăng công suất sóng mang trên vệ tinh, qua đó nâng cao hiệu quả truyền thông vệ tinh.
Khi hệ thống hoạt động trong chế độ thoại sử dụng phương thức SCPC, mỗi kênh chỉ sử dụng trung bình 40% thời gian cho các cuộc đàm thoại, giúp tối ưu hóa hiệu quả sử dụng băng tần Chế độ thoại không làm giảm băng tần trung bình của bộ phát đáp trên vệ tinh, nhưng do chỉ hoạt động với 40% dung lượng sóng mang thoại mỗi thời điểm, nên yêu cầu về công suất và mức độ điều chế giảm đi đáng kể Điều này giúp giảm thiểu công suất tiêu thụ và nâng cao hiệu quả hoạt động của hệ thống vệ tinh.
Hình 1.3 mô tả phương thức đa truy nhập phân chia theo tần số, trong đó mỗi trạm mặt đất phát đi sóng mang có tần số riêng biệt để tránh chồng chéo Phương pháp này sử dụng các băng tần bảo vệ phù hợp để phân cách các sóng mang, giúp hệ thống hoạt động hiệu quả mà không gây nhiễu lẫn nhau Ưu điểm của phương pháp này gồm thủ tục truy nhập đơn giản, cấu hình trạm mặt đất dễ dàng, không yêu cầu đồng bộ và khả năng hoạt động trong toàn bộ miền thời gian Tuy nhiên, nó cũng có những hạn chế như thiếu linh hoạt trong thay đổi tuyến, hiệu quả thấp khi sử dụng nhiều kênh, dung lượng hạn chế và chất lượng dịch vụ thấp.
Hình 1.3 Đa truy nhập phân chia theo tần số f A f B f C f D
1.5.2 Phương pháp đa truy nhập phân chia theo theo thời gian TDMA
TDMA là phương thức truy nhập trong thông tin vệ tinh dựa trên chia sẻ thời gian sử dụng các bộ phát đáp trong vệ tinh giữa các trạm mặt đất, giúp tối ưu hoá khả năng truyền dữ liệu Phương thức này phù hợp cho các mạng viễn thông số dạng gói, hệ thống thông tin cáp quang, truyền hình số và các hoạt động của mạng máy tính dùng chung một cơ sở dữ liệu, đảm bảo hiệu quả cao trong truyền tải dữ liệu qua vệ tinh và các hệ thống mạng.
Các phương pháp TDMA chính bao gồm SCPC/TDMA (Single Carrier Per Transponder), sử dụng một sóng mang trên một bộ phát đáp, và MCPC/TDMA (Multiple Carrier Per Transponder), với nhiều sóng mang cùng một bộ phát đáp Trong đó, phương pháp MCPC/TDMA thường có khả năng truyền dẫn cao hơn nhưng lại dễ gây suy giảm chất lượng hệ thống so với phương pháp SCPC/TDMA Do đó, lựa chọn phù hợp giữa hai phương pháp này phụ thuộc vào yêu cầu về hiệu suất và chất lượng dịch vụ của hệ thống truyền hình vệ tinh.
Phương pháp đa truy nhập TDMA phân chia thời gian sử dụng bộ phát đáp thành các khe thời gian nhỏ, đảm bảo phân chia hiệu quả và tránh xung đột tín hiệu Khoảng thời gian trống giữa các khe này gọi là khoảng bảo vệ, giúp hạn chế nhiễu và bảo vệ dữ liệu truyền đi Tương tự như kỹ thuật FDMA, trong đó toàn bộ băng tần được chia thành các băng tần con riêng biệt, giữa các băng tần này cũng có các khoảng bảo vệ để ngăn chặn nhiễu chéo.
Trong kỹ thuật TDMA khác với FDMA, mỗi bộ phát đáp chỉ hoạt động với sóng mang tại một thời điểm nhất định, dựa trên nguyên tắc truy cập đa người dùng Hệ thống này sử dụng các khe thời gian riêng biệt cho từng thiết bị để truyền dữ liệu dưới dạng các burst tín hiệu, giúp tối ưu hóa hiệu quả truyền dẫn và khả năng chia sẻ băng thông Trạm mặt đất trong kỹ thuật TDMA được thiết kế với một khe thời gian dành riêng, đảm bảo truyền tải thông tin liên tục và ổn định thông qua các bit số trong luồng tín hiệu.
Thời gian bắt đầu phát của burst tín hiệu được thiết lập khi trạm điều khiển trung tâm thu được burst tín hiệu đồng bộ Thời gian truy cập của mỗi trạm với bộ phát đáp vệ tinh được phân chia hợp lý dựa trên nhu cầu dung lượng của từng trạm, với trạm có dung lượng lớn hơn sẽ được cấp phát khoảng thời gian dài hơn Hệ thống có khả năng thay đổi nhanh chóng lịch trình phát để đáp ứng các nhu cầu đột xuất về dung lượng của các trạm, đảm bảo tối ưu hóa hiệu suất truyền tải dữ liệu qua vệ tinh.
Trong hệ thống, bất kỳ trạm nào cũng có thể truy cập vào tất cả các trạm khác để nối thông liên lạc giữa chúng, đảm bảo khả năng liên lạc linh hoạt Kỹ thuật FDMA yêu cầu thay đổi độ rộng băng tần cho mỗi trạm, điều này rất tốn kém so với kỹ thuật TDMA Sau khi một trạm gửi xong burst thông tin, sẽ có một khoảng thời gian trống trước khi trạm tiếp theo gửi burst, nhằm tránh tình trạng chồng chéo tín hiệu Khoảng thời gian trống này được thiết lập dựa trên khả năng dự đoán các thay đổi về trễ trong thiết bị, khả năng thu đồng bộ và sự biến đổi trong dải công tác, nhằm ngăn ngừa hiện tượng giao thoa giữa các burst tín hiệu trong quá trình truyền dẫn đồng bộ.
Vệ tinh Vinasat - 1, Vinasat - 2
Vệ tinh VINASAT-1 của Việt Nam được phóng thành công lên quỹ đạo tại bãi phóng Kourou, Guyane thuộc Pháp vào ngày 18/4/2008, do tập đoàn VNPT làm chủ đầu tư Sau khi bàn giao một tháng, vệ tinh chính thức đi vào hoạt động cung cấp dịch vụ vào tháng 6 năm 2008, đánh dấu bước tiến lớn trong ngành viễn thông của Việt Nam Bốn năm sau, vào ngày 16/5/2012, vệ tinh thứ hai mang tên Vinasat-2 cũng được phóng lên quỹ đạo tại địa điểm này, tiếp tục mở rộng khả năng cung cấp các dịch vụ viễn thông cho đất nước.
Vào tháng 7 năm 2012, tập đoàn Lockheed Martin của Mỹ thực hiện tư vấn, giám sát xây dựng và lắp đặt hai vệ tinh quan trọng Trạm điều khiển chính của hai vệ tinh này được đặt tại Quế Dương - Hoài Đức - Hà Tây, trong khi trạm dự phòng được bố trí tại Bình Dương để đảm bảo vận hành liên tục và an toàn.
1.6.2 Một số thông số kỹ thuật cơ bản a) Vinasat - 1 [4]
Vị trí quỹ đạo: Quỹ đạo đĩa tĩnh 132 0 E (cách trái đất 35768 Km)
Tuổi thọ vệ tinh Vinasat - 1 theo thiết kế: Tối thiểu 15 năm Độ ổn định vị trí kinh độ và vĩ độ: +/- 0,05
Hoạt động ổn định trong suốt thời gian sống của vệ tinh
* Băng tần C mở rộng (C- Extended):
Số bộ phát đáp: 08 bộ ( 36MHz/Bộ ) Đường lên (Uplink):
Tần số phát Tx: 6.425MHz – 6.725MHz
Phân cực: Phân cực đứng và phân cực ngang Đường xuống ( Downlink ):
Tần số thu Rx: 3.400MHz – 3.700MHz
Phân cực có hai loại chính gồm phân cực đứng và phân cực ngang, ảnh hưởng đến vùng phủ sóng của mạng di động Vùng phủ sóng mở rộng bao gồm Việt Nam, các nước Đông Nam Á, đông Trung Quốc, Triều Tiên, Ấn Độ, Nhật Bản, Australia và quần đảo Hawaii Hiểu rõ về các loại phân cực giúp tối ưu hóa khả năng phủ sóng và cải thiện trải nghiệm người dùng trên diện rộng.
Số bộ phát đáp: 12 bộ (36MHz/Bộ) Đường lên (Uplink):
Tần số phát Tx: 13.750MHz – 14.500MHz
Phân cực: Phân cực đứng (V) Đường xuống (Downlink):
Tần số thu Rx: 10.950MHz – 11.700MHz
Phân cực: Phân cực ngang (H) Vùng phủ sóng bao gồm: Việt Nam, Lào, Campuchia, Thái Lan và một phần Myanmar b) Vinasat - 2 [4]
Vị trí quỹ đạo: Quỹ đạo đĩa tĩnh 131.8 0 E (cách trái đất gần 36000 Km)
Tuổi thọ vệ tinh Vinasat - 2 theo thiết kế: Tối thiểu 15 năm có thể lên tới 21,3 năm Độ ổn định vị trí kinh độ và vĩ độ: +/- 0,05 độ
Hoạt động ổn định trong suốt thời gian sống của vệ tinh
Số bộ phát đáp: 30 (36MHz/Bộ) gồm 24 bộ khai thác thương mại và 6 bộ dự phòng Đường lên (Uplink):
Tần số phát Tx: 12.750 - 13.250/13.750 - 14.500Ghz
Phân cực: Phân cực đứng và phân cực ngang Đường xuống (Downlink):
Tần số thu Rx: 10.700 - 11.700Ghz Phân cực: Phân cực đứng (V) và phân cức ngang (H) EIRP cực đại: 58 dBW
G/T cực đại: 10.5 dB/K Vùng phủ sóng bao gồm: Việt Nam, Lào, Campuchia, Thái Lan, Myanmar, Singapore và một phần Malaysia
1.6.3 So sánh vệ tinh Vinasat - 1 và Vinasat - 2
Vệ tinh Vinasat - 2 phóng lên trong bối cảnh dung lượng của vệ tinh Vinasat -
1 dùng gần hết Dưới đây sẽ trình bày một số thông tin so sánh giữa hai vệ tinh này
Vị trí quỹ đạo: Vệ tinh Vinasat - 1 hoạt động ở 132 độ Đông, trong khi Vinasat - 2 hoạt động ở 131.8 độ Đông
Vinasat-2 có vùng phủ sóng rộng bao gồm Việt Nam, Lào, Campuchia, Thái Lan, Myanmar, Singapore và một phần Malaysia, giúp nâng cao khả năng truyền dẫn và liên lạc ở khu vực Đông Nam Á Trong khi đó, Vinasat-1 có phạm vi phủ sóng lớn hơn, bao gồm Việt Nam, các nước Đông Nam Á, phần đông Trung Quốc, Triều Tiên, Ấn Độ, Nhật Bản, Australia và quần đảo Hawaii, mở rộng khả năng truyền tải dữ liệu và truyền hình quốc tế.
Vệ tinh Vinasat-2 có công suất lớn hơn, số bộ phát đáp nhiều hơn và dung lượng băng tần rộng hơn so với Vinasat-1, gồm bốn bộ phát đáp, chiếm khoảng 20% dung lượng của Vinasat-1 Trong khi Vinasat-1 đã góp phần đưa dịch vụ viễn thông, internet và truyền hình đến các vùng sâu, vùng xa, miền núi và hải đảo của Việt Nam, đồng thời hỗ trợ hiệu quả liên lạc, phát triển kinh tế biển, cũng như ứng phó với thiên tai, bão lũ; thì Vinasat-2 tiếp tục củng cố an toàn mạng lưới viễn thông quốc gia và đáp ứng nhu cầu dung lượng vệ tinh của thị trường trong nước và khu vực.
Kết luận chương
Thông tin vệ tinh là phương tiện truyền thông phổ biến hiện nay, đặc biệt với khả năng khai thác các băng tần trên 10GHz chưa được các hệ thống khác tận dụng Quỹ đạo địa tĩnh là dạng quỹ đạo phổ biến nhất trong thông tin vệ tinh nhờ vị trí cố định tương đối so với mặt đất, giúp phủ sóng lên đến 42% diện tích trái đất Hệ thống thông tin vệ tinh có những đặc điểm vượt trội so với mạng mặt đất, như khả năng truyền tín hiệu đến các vùng xa xôi, hải đảo, băng thông rộng, dung lượng lớn, cùng với khả năng thiết lập nhanh chóng và dễ dàng cấu hình lại, tạo ra vùng phủ sóng rộng lớn.
SÓNG VÔ TUYẾN ĐIỆN TRONG THÔNG TIN VỆ TINH
Tần số và các đặc tính của sóng vô tuyến điện trong thông tin vệ tinh
2.1.1 Sóng vô tuyến và tần số
Sóng vô tuyến là dạng sóng điện từ giống như sóng ánh sáng, tia hồng ngoại và tia X, nhưng khác nhau về tần số Chúng được quy định là các sóng điện từ có tần số dưới 300 GHz Các sóng vô tuyến với tần số từ 3 KHz đến 270 GHz phục vụ nhiều mục đích khác nhau, trong đó các tần số sử dụng cho truyền thông vệ tinh hiện nay nằm trong khoảng 1 GHz đến 30 GHz.
2.1.2 Tần số sử dụng cho thông tin vệ tinh a) Cửa sổ vô tuyến
Hình 2.1 Đồ thị biểu diễn suy hao do mưa và do tầng điện ly theo tần số
Các sóng vô tuyến điện truyền đến hoặc đi từ các vệ tinh thông tin ngoài suy hao đường truyền do khoảng cách, nhưng còn chịu ảnh hưởng của tầng điện ly và khí quyển Tầng điện ly, cách mặt đất khoảng 50-400 km, là lớp khí loãng bị ion hóa bởi các tia vũ trụ, có tính chất hấp thụ và phản xạ sóng Tuy nhiên, tầng điện ly ảnh hưởng nhiều hơn đến các băng sóng ngắn, trong khi tần số càng cao thì tác động càng ít Hình 2.1 thể hiện đồ thị suy hao do mưa và do tầng điện ly theo tần số.
Suy hao do mưa 25mm/h Suy hao do tầng điện ly
Các tần số nằm trong khoảng từ 1GHz đến 10GHz được gọi là "cửa sổ tần số" vì suy hao do tầng điện ly và mưa nhỏ trong khoảng này là không đáng kể, cho phép truyền sóng gần như không suy hao không gian tự do Điều này giúp thiết lập các đường truyền vệ tinh ổn định, nhưng cần lưu ý đến sự can nhiễu từ các đường truyền viba trên mặt đất cùng tần số trong cửa sổ này Ngoài ra, khi gặp mưa lớn, suy hao do mưa cần được tính toán cẩn thận để nâng cao độ chính xác của kết quả dự đoán.
Phân định tần số cho các dịch vụ vệ tinh là một quá trình phức tạp đòi hỏi sự hợp tác quốc tế và quy hoạch chặt chẽ Quá trình này do Liên đoàn Viễn thông Quốc tế (ITU) bảo trợ và hướng dẫn Để thuận lợi trong công tác quy hoạch tần số, toàn thế giới được chia thành ba vùng chính, nhằm đảm bảo phân bổ tần số hợp lý và tối ưu cho các dịch vụ vệ tinh trên toàn cầu.
Vùng 1: Châu Âu, Châu Phi, Liên xô cũ và Mông Cổ
Vùng 2: Bắc Mỹ, Nam Mỹ và Đảo Xanh
Vùng 3: Châu Á (trừ vùng 1), Úc và Tây nam Thái Bình Dương, trong đó có cả Việt Nam
Trong các vùng này, băng tần được phân định rõ ràng cho các dịch vụ vệ tinh khác nhau, nhằm đảm bảo sự phối hợp và tránh nhiễu nhiễu giữa các dịch vụ Mặc dù một dịch vụ có thể được cấp phát các băng tần khác nhau tại các vùng khác nhau, điều này giúp tối ưu hóa khả năng truyền dẫn và chất lượng dịch vụ vệ tinh Các tần số sử dụng cho thông tin vệ tinh đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì liên lạc bền vững và hiệu quả, đồng thời phù hợp với quy định quốc tế về tần số vô tuyến.
Các tần số sử dụng trong thông tin vệ tinh chủ yếu nằm trong băng tần siêu cao SHF (Super High Frequency) từ 3 đến 30 GHz Trong phạm vi này, phổ tần số còn được chia thành các băng tần nhỏ phù hợp với các ứng dụng cụ thể như đã trình bày trong bảng 1.1 Hiện nay, băng C và băng Ku là những băng tần được sử dụng phổ biến nhất trong truyền thông vệ tinh.
Băng C (6/4 GHz) nằm ở khoảng giữa cửa sổ tần số, ít bị suy giảm tín hiệu do mưa gây ra, thường được sử dụng cho các hệ thống viba mặt đất Kênh băng này còn được dùng chung cho hệ thống Intelsat và các hệ thống vệ tinh khác, bao gồm các hệ thống vệ tinh khu vực và nội địa.
Băng Ku (14/12 và 14/11 GHz) là các băng tần được sử dụng rộng rãi trong viễn thông công cộng, đứng sau băng C về mức độ phổ biến Chúng chủ yếu được ứng dụng để truyền tải thông tin nội địa và liên hệ giữa các công ty, góp phần nâng cao hiệu quả hoạt động liên lạc trong lĩnh vực viễn thông.
Trong các hệ thống truyền dẫn sử dụng tần số cao, nên lựa chọn các loại anten có kích thước nhỏ để phù hợp với đặc tính của tần số Tuy nhiên, do tần số cao gây ra hiện tượng hấp thụ tín hiệu nhiều hơn bởi mưa trong băng Ku, dẫn đến giảm hiệu quả truyền tín hiệu.
Băng Ka (30/20 GHz) lần đầu tiên được sử dụng cho dịch vụ truyền thông thương mại qua vệ tinh Sakura của Nhật Bản, giúp giảm thiểu kích thước trạm mặt đất và hoàn toàn không gây nhiễu cho các hệ thống viba Tuy nhiên, băng Ka có khả năng suy hao đáng kể do mưa, khiến nó không phù hợp cho các dịch vụ truyền dữ liệu chất lượng cao.
Bảng 2.1 Tần số sử dụng trong thông tin vệ tinh
Ký hiệu Dải tần (GHz) Phạm vi sử dụng
L 1 – 2 Thông tin vệ tinh di động, phát thanh quảng bá, vô tuyến định vị
S 2 – 4 Thông tin vệ tinh di động, hàng hải
C 4 – 8 Thông tin vệ tinh cố định
X 8 – 12 Thông tin vệ tinh quân sự và chính phủ
Ku 12 – 18 Thông tin vệ tinh cố định, truyền hình quảng bá
Ka 27 – 40 Thông tin vệ tinh cố định, truyền hình quảng bá Sóng mm > 40 Liên lạc giữa các vệ tinh.
Phân cực sóng
Sóng bức xạ bởi anten gồm thành phần điện trường và từ trường, hai phần này trực giao và vuông góc với phương truyền sóng, đồng thời thay đổi theo tần số của sóng Phân cực của sóng điện từ được xác định bởi hướng của điện trường, ảnh hưởng đến cách sóng tương tác với các thiết bị và môi trường xung quanh Sóng điện từ phẳng có các dạng phân cực đa dạng, bao gồm phân cực elip, phân cực tròn và phân cực thẳng, mỗi dạng mang đặc điểm riêng biệt phù hợp với các ứng dụng khác nhau trong truyền dẫn tín hiệu.
Trong quá trình truyền sóng, nếu véc tơ cường độ điện trường tại đầu cuối của sóng vạch nên thành hình elip trong không gian, thì sóng đó được gọi là sóng phân cực elip Phân cực elip là one of the key characteristics of electromagnetic waves, phản ánh hình dạng của véc tơ cường độ điện trường khi truyền qua không gian Hiểu rõ về phân cực elip giúp nâng cao khả năng phân tích và ứng dụng sóng trong các lĩnh vực viễn thông, truyền tải dữ liệu và công nghệ truyền sóng không dây.
Trong quá trình truyền sóng, nếu véc tơ cường độ điện trường vẽ thành một vòng tròn thì sóng đó được gọi là sóng phân cực tròn Khi véc tơ điện trường quay theo chiều kim đồng hồ theo hướng truyền sóng, thì gọi là sóng phân cực tròn quay phải Ngược lại, nếu véc tơ điện trường quay ngược chiều kim đồng hồ khi nhìn theo hướng truyền sóng, đó là sóng phân cực tròn quay trái.
Sóng có véc tơ cường độ điện trường luôn hướng song song theo một đường thẳng trong quá trình truyền sóng, gọi là sóng phân cực thẳng hoặc phân cực tuyến tĩnh Phân cực của sóng điện từ được xác định bởi hướng của véc tơ điện trường, có thể là phân cực ngang hoặc phân cực đứng Việc hiểu rõ đặc điểm phân cực giúp nhận biết và ứng dụng các loại sóng một cách hiệu quả trong truyền tải thông tin và các lĩnh vực công nghệ khác.
2.3 Sự truyền lan sóng vô tuyến điện trong thông tin vệ tinh
2.3.1 Khái niệm về sự truyền lan sóng trong thông tin vệ tinh
Trong truyền phát sóng vô tuyến trong thông tin vệ tinh, việc phát và thu sóng giữa trạm mặt đất và vệ tinh cách xa nhau gần 36.000 km gây ra nhiều vấn đề khó khăn Tổn hao truyền lan lớn nhất ảnh hưởng đến chất lượng tín hiệu, nhưng công nghệ thông tin vệ tinh luôn được cải tiến liên tục để giảm thiểu các tổn hao này Ngoài ra, sóng vô tuyến còn chịu tác động của các yếu tố như tổn hao hấp thụ qua tầng điện ly, khí quyển, mưa, cũng như nhiễu tạp từ các tác động bên ngoài vũ trụ, ảnh hưởng đến hiệu suất truyền tín hiệu.
2.3.2 Suy hao trong thông tin vệ tinh
Một hệ thống truyền thông vệ tinh bao gồm hai phần chính: tuyến uplink, truyền sóng từ anten của trạm phát đến vệ tinh, và tuyến downlink, truyền sóng từ vệ tinh về anten của trạm mặt đất thu.
Suy hao trong thông tin vệ tinh bao gồm các loại chính, trong đó đáng chú ý là suy hao trong không gian tự do Đối với vệ tinh địa tĩnh ở độ cao 35.768 km, khoảng cách truyền tín hiệu giữa vệ tinh và trạm nhận hoặc phát là gần như bằng chính khoảng cách này, khiến suy hao trong không gian tự do trở thành loại suy hao lớn nhất Suy hao này được gọi là L_td, phản ánh mức độ mất mát tín hiệu do không gian trống trải trong quá trình truyền sóng qua khoảng cách cực dài này.
Trong đó d[km]: Là chiều dài của một tuyến lên hay xuống
[m]: Là bước sóng công tác
Suy hao không gian tự do của tuyến lên hoặc xuống khi công tác ở băng C vào khoảng 200dB, trong khi băng Ku và Ka thường có mức suy hao lớn hơn 200dB, gây ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng tín hiệu Để khắc phục, cần sử dụng các loại anten có đường kính lớn hàng chục mét nhằm tăng hệ số lợi ích lên khoảng 60dB, đồng thời sử dụng máy phát công suất lớn từ hàng trăm đến hàng ngàn watt để đảm bảo tín hiệu thu có cường độ trong khoảng -90dBm đến -60dBm, đảm bảo liên lạc ổn định và hiệu quả.
Ngoài suy hao chính trong không gian tự do, còn có các suy hao khác nhỏ nhưng quan trọng trong việc ảnh hưởng đến chất lượng tín hiệu Khi tính toán tuyến thông tin vệ tinh, nếu không xem xét đầy đủ các khả năng xấu nhất do tác động của môi trường truyền sóng, chất lượng thông tin có thể bị giảm sút hoặc gặp sự cố Một trong những nguyên nhân chính là suy hao do tầng đối lưu, ảnh hưởng đáng kể đến độ rõ nét và độ ổn định của tín hiệu truyền dẫn.
Tầng đối lưu là lớp khí quyển nằm sát mặt đất và mở rộng đến độ cao khoảng 10km-15km, chứa các khí chính như hơi nước, oxy, ozon và khí cacbonic, các thành phần này gây hấp thụ sóng và dẫn đến suy hao tín hiệu Mức độ suy hao phụ thuộc nhiều vào tần số sóng và góc ngẩng của anten, đặc biệt khi tần số từ 10GHz trở lên, như trong các băng Ku (14/12GHz) hoặc Ka (30/20GHz) Anten có góc ngẩng càng lớn thì suy hao tầng đối lưu càng giảm, vì dòng truyền sóng trong tầng đối lưu ngắn hơn Đặc biệt, tại các tần số 21GHz và 60GHz, xảy ra các suy hao cực đại do sự cộng hưởng hấp thụ của các phân tử hơi nước và oxy.
Tầng điện ly nằm ở độ cao khoảng 60km đến 400km trong khí quyển, gồm chủ yếu các điện tử tự do, ion âm và ion dương do bị ion hóa mạnh Do đặc điểm này, tầng điện ly ảnh hưởng đến khả năng truyền sóng vô tuyến trong khí quyển Sự hấp thụ sóng trong tầng điện ly giảm đáng kể khi tần số tăng, đặc biệt là trên 600MHz, nơi sự giảm hấp thụ trở nên rõ rệt Ngoài ra, suy hao tín hiệu còn bị tác động bởi điều kiện thời tiết, làm giảm chất lượng truyền dẫn trong các hệ thống vô tuyến.
Các giá trị suy hao do mưa vượt quá 0.01% của một năm trung bình thường đạt hơn 0.01, dựa trên thủ tục xác định các vùng có tốc độ mưa trên 0.01% của năm trung bình R 0,01, với giá trị mưa từ 30 đến 50 mm/h Điều này tương đương với mức suy hao khoảng 0.1 dB ở tần số 4 GHz.
Tổng suy hao của tín hiệu qua các dải tần số khác nhau được xác định như sau: ở 12 GHz, suy hao từ 5 đến 10 dB; ở 20 GHz, từ 10 đến 20 dB; và ở 30 GHz, từ 25 đến 40 dB Suy hao do các đám mây mưa hoặc sương mù có thể được tính toán chính xác dựa trên công thức suy hao cụ thể, giúp tối ưu hóa hiệu suất truyền dẫn trong các điều kiện thời tiết khác nhau.
Trong đó K 1,1*10 3 f 1,8 ; f = 1÷30 GHz, K (dB/km)/(g/m 3 ) và M (g/m 3 ) là nồng độ nước trong đám mây
Suy hao do các đám mây mưa và sương mù thường nhỏ hơn so với lượng mưa, ngoại trừ khi các đám mây có mật độ hơi nước cao Với góc ngẩng θₑ = 20°, mức suy hao có thể đạt từ 0.5 đến 1.5 dB ở tần số 15 GHz và từ 2 đến 4.5 dB ở tần số 30 GHz Tuy nhiên, mức suy hao này vẫn được quan sát thấy với tỷ lệ phần trăm thời gian lớn hơn.
Suy hao do các đám mây băng nhỏ hơn, trong khi tuyết khô ít gây ảnh hưởng Tuyết rơi ẩm có thể gây suy hao lớn tương đương với mưa, nhưng tình trạng này rất hiếm và ít ảnh hưởng đến thống kê suy hao Sự tích tụ của tuyết và băng gây giảm đặc tính của anten, ảnh hưởng đáng kể hơn so với tuyết rơi dọc theo tuyến.
Kết luận chương
Chương này tổng quát các đặc điểm cơ bản của sóng vô tuyến điện trong hệ thống thông tin vệ tinh, bao gồm tần số hoạt động, các tổn hao, tạp âm và các yếu tố gây nhiễu ảnh hưởng đến chất lượng hệ thống Những kiến thức này là nền tảng lý thuyết giúp chúng ta hiểu rõ hơn về kỹ thuật trạm mặt đất và trạm vệ tinh, từ đó tiến tới thiết kế một tuyến thông tin vệ tinh thực tế.
