Điều khiển công suất và tốc độ thích nghi trong thông tin vệ tinh băng KA

Ngày 24 tháng 09 năm 1998, Thủ tướng chính phủ đã ra quyết định số 868/QĐ-TTg về việc thông qua báo cáo nghiên cứu khả thi dự án “Phóng vệ tinh viễn thông Việt Nam” với mục tiêu là: “Phó

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

LẠI QUANG HƯNG

Điều khiển công suất và tốc độ thích nghi

trong thông tin vệ tinh băng KA

luËn v¨n th¹c sÜ

KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

Hµ néi – 2006

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

LẠI QUANG HƯNG

Điều khiển công suất và tốc độ thích nghi

trong thông tin vệ tinh băng KA

Mã số : 2.07.00

luËn v¨n th¹c sÜ

KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Viết Kính

Hµ néi - 2006

Mục lục

Mục lục 1

bảng Các chữ viết tắt 3

Mở ĐầU 5

Chương 1: Tổng quan về thông tin vệ tinh 7

1.1 Lịch sử phát triển của thông tin vệ tinh 7

1.2 Các dạng quỹ đạo vệ tinh 9

1.2.1 Các nguyên lý về quỹ đạo 9

1.2.2 Các dạng quỹ đạo của vệ tinh 11

1.3 Các băng tần làm việc của thông tin vệ tinh 13

1.3.1 Lựa chọn băng tần cho thông tin vệ tinh 13

1.3.2 Quy định băng tần cho thông tin vệ tinh 15

1.4 Các phương pháp đa truy nhập trong thông tin vệ tinh 18

1.4.1 Đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA) 18

1.4.2 Đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA) 19

1.4.3 Đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA): 22

1.5 Cấu trúc của 1 hệ thống thông tin vệ tinh 22

1.5.1 Phần không gian 23

1.5.2 Phần mặt đất 24

1.6 Các loại hình dịch vụ của thông tin vệ tinh 25

chương 2: tính toán tuyến thông tin vệ tinh 27

2.1 Các thông số của anten 27

2.1.1 Hệ số tăng ích 27

2.2 Đồ thị bức xạ 28

2.3 Phân cực 29

2.2 Công suất phát ở một hướng cho trước 32

2.2.1 Công suất bức xạ đẳng hướng tương đương 32

2.3 Công suất tín hiệu thu 33

2.3.1 Công suất anten thu nhận được 33

2.3.2 Trường hợp thực tế 34

2.3.3 Kết luận 36

2.4 Công suất tạp âm đầu vào máy thu 36

2.4.1 Nguồn tạp âm 36

2.4.2 Đặc tính và xác định tạp âm 37

2.4.3 Nhiệt tạp âm của anten 38

2.4.4 Nhiệt tạp âm của bộ suy hao 39

2.4.5 Nhiệt tạp âm của một thiết bị có nhiều phần tử trong tầng 39

2.4.6 Nhiệt tạp âm của máy thu 39

2.5 Tỷ số tín hiệu trên tạp âm ở đầu vào máy thu 40

2.5.1 Định nghĩa 40

2.5.2 Biểu thức 41

2.5.3 Hệ số phẩm chất của thiết bị thu 41

2.5.4 Nhiệt tạp âm anten 42

2.5.5 Nhiệt tạp âm của máy thu 46

2.5.6 Kết luận 47

2.6 ảnh hưởng của môi trường truyền dẫn 47

2.6.1 ảnh hưởng của mưa 48

2.6.2 Các ảnh hưởng khác 52

2.6.3 Kết luận 54

2.7 Sự bù lại đối với các ảnh hưởng của môi trường truyền sóng 54

2.7.1 Phân cực trực giao 54

2.7.2 Suy hao 54

2.7.3 Phân tập không gian 55

2.7.4 Tương thích 57

2.7.5 Kết luận 57

2.8 Tỷ số tín hiệu trên tạp âm đối với 1 tuyến (truy nhập đơn) 58

2.8.1 Kiểu bộ lặp 59

2.8.2 Biểu thức của (C/N 0 ) T 61

2.9 Xu thế thông tin vệ tinh 63

Chương 3: Điều khiển công suất và tốc độ thích nghi trong Thông tin vệ tinh băng Ka 65

3.1 Giới thiệu 65

3.2 Mô hình kênh và bộ ước đoán kênh 67

3.3 Tốc độ và công suất thích nghi 68

3.3.1 Điều khiển công suất thích nghi 69

3.3.2 Điều khiển tốc độ thích nghi 75

3.4 Kết luận 80

kết luận 82

Phụ lục 84

b¶ng C¸c ch÷ viÕt t¾t

tÝnh

theo m·

h−íng t−¬ng ®−¬ng

theo tÇn sè

ph−¬ng tèi thiÓu

MQAM Multi Quadrature Amplitude §iÒu biªn cÇu ph−¬ng ®a

theo thêi gian

Mở ĐầU Trong những năm qua cùng với sự phát triển như vũ bão của khoa học

và công nghệ, thông tin vệ tinh đã có những bước phát tiển nhảy vọt Do có tính ưu việt vượt trội so với các phương thức thông tin khác như cho phép triển khai nhanh, cự ly liên lạc không hạn chế…Các quốc gia hàng đầu về công nghệ viễn thông như Nga, Mỹ, Nhật, Pháp, Đức…đã quan tâm đầu tư nghiên cứu, cải tiến, phát triển công nghệ thông tin vệ tinh

Cùng với sự phát triển nhu cầu sử dụng các dịch vụ viễn thông, nhu cầu

sử dụng dịch vụ thông tin vệ tinh liên tục tăng với tốc độ cao và ngày càng đa dạng, số lượng vệ tinh ở khu vực trên thế giới tăng lên nhanh chóng Cho đến nay các nước trong khu vực như: Thái Lan, ấn Độ, Indonexia, Malaysia,… đã

có các vệ tinh riêng phục vụ nhu cầu thông tin trong nước, khu vực và quốc tế Ngày 24 tháng 09 năm 1998, Thủ tướng chính phủ đã ra quyết định số 868/QĐ-TTg về việc thông qua báo cáo nghiên cứu khả thi dự án “Phóng vệ tinh viễn thông Việt Nam” với mục tiêu là: “Phóng vệ tinh viễn thông Việt Nam nhằm đáp ứng nhu cầu truyền dẫn trong nước, quốc tế qua vệ tinh của Việt Nam trong những năm đầu thế kỷ 21, xây dựng hệ thống các trạm mặt

đất phục vụ nhu cầu thông tin liên lạc công cộng và nhu cầu của một số ngành chuyên phục vụ công ích”

Với những căn cứ trên, đề tài “Điền khiển công suất và tốc độ thích nghi trong thông tin vệ tinh băng Ka” là cần thiết nhằm đưa ra các một hệ thống thông tin vệ tinh sử dụng có hiệu quả trong điều kiện các băng tần khác

đã sử dụng hết Cỏc yờu cầu sử dụng dịch vụ trực tiếp đến người dựng qua vệ tinh tăng, băng Ka đó trở thành một sự lựa chọn ưa thớch trong nhiều hệ thống mới vỡ nú cung cấp băng thụng rộng cần thiết để hỗ trợ cho cỏc nhu cầu được

dự đoỏn trước về dung lượng

Với mục đích như vậy, đề tài sẽ tìm hiểu các biện pháp nâng cao chất lượng thông tin vệ tinh, trong đó tập trung đi sâu nghiên cứu về điền khiển công suất cũng như tốc độ đáp ứng trong điều kiện suy hao lớn Trong băng tần Ka từ 20 – 30 GHz, suy hao do mưa là rất lớn Nó ảnh hưởng trực tiếp đến

chất lượng dịch vụ Khi đưa ra giải phỏp cho vấn đề nghẽn phổ, băng Ka cũng

bị suy hao do mưa sõu cỡ hàng chục dB Do vậy, đề tài “Điền khiển công suất

và tốc độ thích nghi trong thông tin vệ tinh băng Ka” chính là đối tượng nghiên cứu để nâng cao chất lượng đường truyền trong điều kiện suy hao lớn

Luận văn bao gồm những chương sau:

Chương 1: Tổng quan về thông tin vệ tinh

Chương 2: Tính toán tuyến trong thông tin vệ tinh

Chương 3: Điều khiển công suất và tốc độ thích nghi trong thông tin vệ tinh

Trong thời gian thực hiện luận văn này, tôi đã nhận được nhiều sự hỗ trợ,

động viên và khuyến khích rất nhiều từ gia đình, các thầy cô và các đồng nghiệp Trước hết, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Thầy PGS.TS Nguyễn Viết Kính, người đã tận tình chỉ bảo tôi cách định hướng và giải quyết các vấn

đề để tôi có thể hoàn thành bản luận văn này Bên cạch đó tôi cũng xin cảm ơn Gia đình tôi đã luôn khuyến khích, động viên và tạo mọi điều kiện cho tôi yên tâm hoàn thành khoá học và luận văn này Tôi xin cảm ơn Các Thầy, Cô trong khoa Điện tử Viễn Thông đã trang bị kiến thức cho tôi trong suốt thời gian học Và tôi cũng xin gửi lời biết ơn đến Phòng Thông tin vệ tinh và ứng dụng công nghệ vũ trụ, Cục Thông tin liên lạc, Bộ Công an nơi tôi công tác, đã tạo

điều kiện về vật chất, thời gian cho tôi được theo học khoá học này Cuối cùng tôi xin cảm ơn các bạn học, các đồng nghiệp đã giúp đỡ tôi trong quá trình học

Hà Nội, ngày 15 tháng 9 năm 2006

Chương 1 Tổng quan về thông tin vệ tinh

1.1 Lịch sử phát triển của thông tin vệ tinh [1]

Trong chiến tranh thế giới thứ 2 có sự phát triển vượt bậc của 2 công nghệ khác nhau đó là viba và tên lửa, đó chính là nền tảng của thông tin vệ tinh Ngoài ra, ý tưởng về một hệ thống thông tin toàn cầu sử dụng vệ tinh bay xung quanh quả đất đã được nhà bác học Arthur C Clarke giới thiệu trong một tạp chí Anh “Wireless world” (thế giới không giây) vào tháng 5 năm

1945

Tháng 10 năm 1957, Liên xô đã phóng thành công vệ tinh nhân tạo đầu tiên (vệ tinh Sputnik) trên thế giới mở ra một kỷ nguyên chinh phục vũ trụ của con người, đồng thời cũng là lần đầu tiên thông tin giữa trái đất và vũ trụ được thực hiện Năm 1958 bản tin chúc mừng Giáng sinh của tổng thống Mỹ Eisenhower lần đầu tiên được phát đi qua vệ tinh có tên là Score bay ở độ cao

1500 km Những năm sau đó từ năm 1960 đến 1962 một loạt các vệ tinh khởi

đầu có tên Echo, Curier, Telstar và Relay đã được phóng lên ở quỹ đạo có độ cao thấp (khoảng 1000 km đến 8000 km), do hạn chế bởi tên lửa phóng

Năm 1963 một vệ tinh địa tĩnh đầu tiên có tên là Syncom, có độ cao bay 36.000 km đã truyền hình trực tiếp thế vận hội Olympic Tokyo từ Nhật về Mỹ Năm 1965 vệ tinh Molniya của liên xô được phóng lên ở quỹ đạo elip nghiêng

Tháng 7 năm 1964 một tổ chức quốc tế về thông tin vệ tinh đã ra đời, ban đầu có 11 nước thành viên, gọi tắt là Intelsat (Internation Telecommucations Satellite) [4] Các nước tham gia vào tổ chức này tăng lên nhanh chóng, 30 năm sau tháng 8 năm 1994 số nước thành viên tham gia tổ chức Intelsat đã là 133, trong đó có Việt Nam

Vệ tinh thương mại đầu tiên của Intelsat đó tên là Earlybird được phóng lên ở quỹ đạo địa tĩnh trên Đại tây dương vào năm1965 Đó là thế hệ Intelsat

I Do sự phát triển nhanh chóng các yêu cầu về dịch vụ thông tin qua vệ tinh,

Intelsat đã phóng hàng loạt các vệ tinh địa tĩnh tiếp theo trên ba vị trí Thái bình dương, ấn độ dương và Đại tây dương để phủ sóng toàn cầu Đó là các thế hệ vệ tinh Intelsat I, II, III, IV, IV-A, V, V-A, VI, VII, VII-A, VIII, VIII-

A (tính đến tháng 1 năm 1996)

Việt Nam đã có trạm mặt đất Hoa Sen đầu tiên trong thập kỷ 70 tại Phủ

Lý - Nam Hà (cũ) thuộc hệ thống InterSputnic của Liên bang Nga cũ, sau giải phóng Miền nam có thêm một trạm Hoa Sen ở thành phố Hồ Chí Minh Các trạm này chủ yếu thông tin thoại và truyền hình với các nước XHCN cũ

Trong thập kỷ 80 nước ta tham gia tổ chức Intelsat và xây thêm các trạm mặt đất mới làm việc với các vệ tinh của IntelSat Thông tin vệ tinh đóng một vai trò quan trọng trong mạng viễn thông Việt Nam trong đó khoảng

2050 kênh qua vệ tinh Intelsat và 30 kênh qua vệ tinh InterSputnic cho thông tin quốc tế với khoảng 36 nước trên thế giới cho các dịch vụ thoại, truyền hình, phát thanh, truyền số liệu

Đài truyền hình Việt Nam đang thuê kênh của vệ tinh MEASAT và THAICOM 3 để phát truyền giữa các đài trung ương và đài địa phương Đài tiếng nói Việt nam sử dụng vệ tinh PALAPA để phát thanh các chương trình quốc tế Ngoài ra cục hàng không dân dụng, công ty dầu khí VietsoPetro đang

sử dụng vệ tinh cho nhu cầu thông tin của ngành mình

Hệ thống VSAT FDMA/DAMA thuê vệ tinh của ASIASAT phục vụ các vùng xa xôi hẻo lánh, hải đảo, các cá nhân, các tổ chức và các công ty có nhu cầu thông tin trong nước cũng như quốc tế Số trạm VSAT lên tới hàng trăm trạm nằm rải rác khắp mọi miền đất nước Hệ thống VSAT TDM/TDMA

đã dưa vào khai thác chủ yếu phục vụ cho truyền số liệu Thông tin vệ tinh nội

địa của Việt Nam tuy có mạng VSAT nhưng mạng mặt đất còn rất ít về số lượng trạm cũng như chưa phong phú về loại hình dịch vụ cung cấp Tuy nhiên tương lai Việt nam sẽ có vệ tinh VINASAT riêng lúc đó mạng vệ tinh nội địa sẽ có điều kiện phát triển mạnh với nhiều loại dịch vụ như phủ sóng phát thanh truyền hình toàn quốc; dịch vụ truyền hình trả tiền trước MMDS,

CATV; dịch vụ truyền hình và phát thanh trực tiếp đến nhà riêng (DTM); dịch

vụ truyền hình độ nét cao và nhiều dịch vụ viễn thông khác

1.2 Các dạng quỹ đạo vệ tinh [2]

1.2.1 Các nguyên lý về quỹ đạo

Quỹ đạo là đường đi của vệ tinh trong thế cân bằng giữa 2 lực tác động bao gồm lực hấp dẫn của trái đất và lực ly tâm của liên quan đến độ cong quỹ

đạo vệ tinh Quỹ đạo của vệ tinh nằm trong một mặt phẳng và bay xung quanh quả đất với các dạng quỹ đạo khác nhau, ở các độ cao khác nhau, nhưng đều phải tuân theo 3 định luật Kepler và định luật vạn vật hấp dẫn của Newton

Định luật thứ nhất của Kepler: vệ tinh chuyển động vòng quanh quả

đất theo một quỹ đạo hình êlíp (hoặc quỹ đạo tròn khi bán trục lớn a bằng bán trục bé b) với tâm của quả đất trùng với một trong hai tiêu điểm của hình êlíp

đó, như chỉ ra trên hình 1.1

rn

r

2aviễn điểm

2b

rP

cận điểm

Hình 1.1: Quỹ đạo Elip

Trong đó: a,b: bán kính 2 trục

r: bán kính quỹ đạo

Định luật thứ hai của Kepler: Một vật chuyển động theo quỹ đạo êlíp

có vận tốc giảm khi bán kính quỹ đạo tăng lên và có vận tốc tăng lên khi bán kính quỹ đạo giảm

Một vật chuyển động theo quỹ đạo tròn sẽ có vận tốc không thay đổi

Định luật thứ ba của Kepler: Bình phương chu kỳ quỹ đạo thì tỷ lệ

với lập phương của bán kính quỹ đạo, được biểu thị bởi công thức:

Hình 1.2: Vận tốc của vệ tinh trên quỹ đạo

Trong đó : r là bán kính quỹ đạo vệ tinh (km)

M là khối lượng quả đất (kg)

Định luật vạn vật hấp dẫn của Newton: Lực hấp dẫn và lực ly tâm

của một vật thể cân bằng nhau thì vật thể đó sẽ chuyển động tròn xung quanh quả đất với vận tốc không đổi, như chỉ ra trên hình 1.3

r

Fg= GMm/r2

Hình 1.3: Chuyển động của quỹ đạo tròn

Từ điều kiện GMm/r2 = mv2/r ta rút ra:

Trong đó m là khối l−ợng của vật thể, v là vận tốc ly tâm

Dựa vào các định luật đã nêu trên, vệ tinh đ−ợc phóng lên với các quỹ

đạo khác nhau

1.2.2 Các dạng quỹ đạo của vệ tinh

Nếu phân loại theo hình dạng của quỹ đạo thì ta có thể phân làm 2 loại: Quỹ đạo tròn và quỹ đạo Elip Trong đó quỹ đạo Elip chỉ có một dạng quỹ đạo Elip cao (HEO) mà điển hình là vệ tinh Molniya của Liên Xô (nên còn gọi là quỹ đạo Molniya), độ nghiêng của mặt phẳng quỹ đạo so với măt phẳng xích

11h58’

Dạng quỹ đạo tròn có thể phân làm ba loại:

- Quỹ đạo thấp (LEO): là dạng quỹ đạo bay quanh trái đất với khoảng cách từ 200 – 1000 km Để phủ sóng toàn bộ mặt đất cần phải có từ 20 đến 60

vệ tinh Các quỹ đạo này đ−ợc ứng dụng cho các loại vệ tinh quan trắc, thông tin di động

- Quỹ đạo trung bình (MEO): Quỹ đạo này có độ cao từ 1.000 đến 10.000 km

- Quỹ đạo cao (HEO) hay quỹ đạo đồng bộ khi vệ tinh bay ở độ cao 35.786 km, lúc đó chu kỳ bay của vệ tinh bằng chu kỳ tự quay của quả đất bằng 23h56’04’’ Đây là quỹ đạo địa tĩnh và bay đồng bộ với mặt đất nên ta

có thể coi vệ tinh đứng im so với mặt đất Với loại quỹ đạo này chỉ cần 3 quả

vệ tinh là có thể phủ sóng toàn cầu Vệ tinh ở quỹ đạo này gọi là vệ tinh địa tĩnh và đ−ợc ứng dụng trong thông tin vệ tinh

Ngoài ra quỹ đạo tròn lại có thể chia ra:

Quỹ đạo cực tròn, mặt phẳng quỹ đạo vuông góc với mặt phẳng xích

đạo, nghĩa là mỗi vòng bay của vệ tinh sẽ đi qua hai cực quả đất

Quỹ đạo tròn nghiêng khi mặt phẳng quỹ đạo nghiêng một góc nào đó

so với mặt phẳng xích đạo

Quỹ đạo xích đạo tròn, khi mặt phẳng quỹ đạo trùng với mặt phẳng xích đạo Trong quỹ đạo xích đạo tròn nếu chiều bay vệ tinh cùng chiều với chiều quay quả đất và có chu kỳ bằng chu kỳ quay của quả đất gọi là quỹ đạo

Hình 1.3: Ba dạng quỹ đạo cơ bản của vệ tinh

Có thể tóm tắt các dạng quỹ đạo của vệ tinh bằng sơ đồ dưới đây

(MEO)

Có thể phủ sóng toàn cầu nhưng cần phải có nhiều vệ tinh

Quỹ đạo Xích đạo Quỹ đạo đồng

bộ và quỹ đạo

địa tĩnh (GEO)

Có thể phủ sóng toàn cầu với ba vệ tinh

Từ các dạng quỹ đạo nêu trên thì vệ tinh địa tĩnh là vệ tinh sử dụng cho thông tin là lý tưởng nhất vì có thể coi nó đứng yên khi quan sát từ một vi trí

cố định trên mặt đất Nghĩa là thông tin sẽ được bảo đảm liên tục, ổn định trong 24 giờ đối với các trạm nằm trong vùng phủ sóng của vệ tinh mà không cần chuyển đôỉ sang một vệ tinh khác Bởi vậy hầu hết các hệ thống thông tin

vệ tinh cố định đều sử dụng vệ tinh địa tĩnh

1.3 Các băng tần làm việc của thông tin vệ tinh [7]

Thông tin vệ tinh là hệ thống thông tin có phương thức truyền dẫn vô tuyến, bởi vậy việc lựa chọn và ấn định băng tần công tác cho các dịch vụ thông tin vệ tinh là rất quan trọng Nó phải thoả mãn hai điều kiện cơ bản

- Không gây can nhiễu lên các hệ thống thông tin vô tuyến khác cũng như các dịch thông tin vệ tinh trong mạng

- Tổn hao truyền sóng nhỏ để giảm nhỏ kích thước và giá thành của thiết bị

1.3.1 Lựa chọn băng tần cho thông tin vệ tinh

Có những vấn đề liên quan tới sự truyền lan sóng vô tuyến điện trong thông tin vệ tinh, vì việc phát và thu sóng thực hiện giữa một trạm mặt đất và

vệ tinh ở rất xa trong vũ trụ Vấn đề lớn nhất là sóng bị tiêu hao do sự lan toả tất yếu vào không gian Đặc trưng cho tổn hao đó là hệ số tổn hao không gian

hệ số tính hướng của anten thường được ký hiệu là D, nên tổn hao không gian

tự do sẽ giảm đi và bằng:

Ngoài tổn hao không gian tự do là tổn hao chủ yếu còn có suy hao do khí quyển quả đất

Khí quyển quả đất được chia làm ba tầng: lớp khí quyển dưới cùng rải

từ mặt đất lên độ cao khoảng 11 km gọi là tầng đối lưu Các hiện tượng thời tiết như mưa, bão, sương mù đều xẩy ra trong tầng đối lưu Tiếp đến là tầng bình lưu, có giới hạn trên khoảng 35 km, và trên cùng là tầng điện ly có độ cao khoảng từ 50 km đến 400 km

Tầng điện ly là một lớp khí bị ion hoá 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

đối với băng sóng ngắn trở xuống Tần số càng cao ảnh hưởng bởi tầng điện ly càng ít, ở các tần số trong băng vi ba hầu như không bị ảnh hưởng bởi tầng

điện ly

Trong tầng đối lưu sóng vô tuyến điện bị hấp thụ bởi các phân tử khí

ở các tần số khoảng 6 GHz trở xuống hấp thụ không đáng kể, có thể bỏ qua Khoảng tần số đó được gọi là cửa sổ vô tuyến , như chỉ ra trên hình 1.4

Nếu sử dụng băng tần nằm trong “cửa sổ vô tuyến” tức là khoảng từ 1GHz đến 10 GHz 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

0,2

hấp thụ do tầng điện ly

góc tà

15 o

cửa sổ vôtuyến hấp thụ dB

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

1.3.2 Quy định băng tần cho thông tin vệ tinh [7]

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

Tuy nhiên các tần số nằm trong “cửa sổ vô tuyến” được sử dụng nhiều cho các hệ thống thông tin vi ba trên mặt đất, hơn nữa băng tần của thông tin

vệ tinh rất rộng nên ngoài các băng tần nằm trong “cửa sổ vô tuyến” được ấn

định cho thông tin vệ tinh thì phải sử dụng thêm các băng tần khác Các băng tần đó được quy định như chỉ ra trên bảng 1.1

Bảng 1.1: Các băng tần ấn định cho thông tin vệ tinh

Dịch vụ cố định (FSS) là dịch vụ cho các trạm mặt đất có vị trí cố định Dịch vụ di động là dịch vụ sử dụng cho các con tàu biển, máy bay, ôtô và các phương tiện khác chuyển động trong khi truyền dẫn

ITU mà cụ thể CCIR đã phân chia và ấn định các băng tần nói chung cho tất cả các hệ thống thông tin vô tuyến trên phạm vi toàn cầu, trong đó có thông tin vệ tinh cũng như điều khiển việc bố trí vị trí của vệ tinh trên quỹ đạo

địa tĩnh

ITU đã phân chia thế giới làm ba khu vực:

Khu vực I: bao gồm Châu Âu, Châu Phi, Liên Xô cũ và các nước Đông

Âu (V1)

Khu vực II: gồm các nước Nam và Bắc Mỹ (V2)

Khu vực III: gồm Châu á và Châu Đại Dương (V3)

Hình 1.5: Khu vực ITU

Tuy nhiên do có sự khác nhau giữa các khu vực đối với các dịch vụ thông tin vệ tinh nên việc ấn định tần số cho ba khu vực này thường có một vài ngoại lệ

Việc phân định tần số cho các dịch vụ thông tin vệ tinh cố định được chỉ ra trên Bảng 1.2 ( quy định trong dải tần từ 1 GHz đến 52 GHz)

Trong các băng tần sử dụng cho thông tin vệ tinh đáng chú ý nhất là băng C, băng Ku và băng Ka là các băng tần hiện tại và tương lai được sử dụng phổ biến nhất vì:

Băng C (6/4 GHz): cho đường lên gần 6 GHz và đường xuống gần 4GHz Băng tần này nằm ở khoảng giữa “cửa sổ vô tuyến” ít bị suy hao trong khí quyển quả đất cũng như trong các điều khiện khí tượng như mưa, sương mù Nó đã được sử dụng cho nhiều hệ thống thông tin vi ba trên mặt đất

cũng như cho hệ thống thông tin vệ tinh của Intelsat và các hệ thống khác bao gồm các hệ thống thông tin khu vực và nhiều hệ thống vệ tinh nội địa

Khoảng tần số Các dịch vụ vệ tinh cố định Dịch vụ giữa

Ghi chú: V1, V2, V3 là 3 khu vực của ITU

Bảng 1.2: Phân định tần số cho các dịch vụ thông tin vệ tinh cố định

Băng Ku( 14/12 và 14/11 GHz): băng này được sử dụng rộng rãi sau

tinh nội địa và thông tin giữa các công ty Do tần số cao nên cho phép các trạm mặt đất sử dụng anten kích thước nhỏ

Băng Ka (30/20 GHz): chưa được sử dụng nhiều do suy hao lớn trong khí quyển quả đất cũng như trong các điều kiện thời tiết xấu như mưa, sương mù Ưu điểm của băng tần này là cho phép sử dụng các trạm mặt đất nhỏ, ít

bị can nhiễu cũng như gây can nhiễu cho các hệ thống vi ba khác Nhưng nó

có nhược điểm là giá thành thiết bị tương đối cao

1.4 Các phương pháp đa truy nhập trong thông tin vệ tinh [6]

Thông tin vệ tinh là hệ thống thông tin vô tuyến điểm đến đa điểm, nghĩa là một vệ tinh có thể thông tin với nhiều trạm mặt đất Kỹ thuật sử dụng một vệ tinh chung cho nhiều trạm mặt đất gọi là đa truy nhập Trong kỹ thuật này sẽ làm cho các trạm không bị can nhiễu với nhau Từ quan điểm ghép sóng mang trong bộ phát đáp vệ tinh, đa truy nhập có thể phân chia thành ba dạng như sau:

- FDMA: Đa truy nhập nhập phân chia theo tần số

- TDMA: Đa truy nhập nhập phân chia theo thời gian

- CDMA: Đa truy nhập nhập phân chia theo mã

1.4.1 Đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA)

Mỗi trạm mặt đất được ấn định cho một khoảng băng tần nhất định trong băng tần quy định chung cho hệ thống Độ rộng băng tần tuỳ thuộc vào dung lượng và các dịch vụ thông tin của mỗi trạm Toàn bộ dung lượng của một vệ tinh được phân chia cho các bộ phát đáp, mỗi bộ phát đáp thường có

độ rộng 36MHz; 72 MHz và 110 MHz Mỗi bộ phát đáp có thể được chia nhỏ cho các khách hàng hoặc các trạm mặt đất khác nhau

f

P

băng tần bộ phát đáp ff

f1 fbv1 f2 fbv2 f3

fn

Hình 1.6: Đa truy nhập phân chia theo tần số

Mỗi trạm mặt đất chỉ được thu hoặc phát lưu lượng thông tin của mình trong băng tần đã quy định với cường độ tín hiệu phải được cân bằng sao cho không gây can nhiễu lên nhau Các trạm có băng tần kề nhau thì giữa chúng phải có một khoảng băng tần bảo vệ thích hợp để chúng không chồng lấn lên nhau, như chỉ ra trên hình 1.6

Ưu điểm của FDMA là kỹ thuật đơn giản, độ tin cậy cao, giá thành hạ Giữa các trạm không cần sự đồng bộ Tuy nhiên nó cũng có nhược điểm:

- Thiếu tính mềm dẻo khi cần thay đổi dung lượng, cần phải thay đổi lại

kế hoạch phân bổ tần số có nghĩa là phải thay đổi tần số phát, tần số thu và băng thông của bộ lọc của các trạm mặt đất

- Khi số truy nhập tăng do xuất hiện các sản phẩm nhiễu điều chế nên phải giảm công suất phát của vệ tinh, nên không tận dụng được hết hiệu suất làm việc của bộ khuếch đại

mang tại đầu vào vệ tinh là như nhau, để tránh hiệu ứng “bắt” (capture effect) Việc điều khiển này phải thực hiện ở tại thời gian thực tế phù hợp với suy hao

1.4.2 Đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA)

Phương pháp này mỗi trạm mặt đất được ấn định cho một “khe thời gian” nhất định và trạm mặt đất chỉ được thu hoặc phát lưu lượng của trạm mình trong “khe thời gian” quy định đó và được gọi là “cụm”(burst) Các

“cụm” của một số trạm mặt đất được sắp xếp lại trong một khoảng thời gian dài hơn gọi là khung TDMA, như chỉ ra ở hình 1.7

Độ lâu của “khe thời gian” được ấn định cho mỗi trạm được xác định trước tỷ lệ với yêu cầu về lưu lượng của trạm mặt đất đó Mỗi trạm mặt đất phát tín hiệu của nó trong khe thời gian được ấn định cho nó trong tất cả các

khung TDMA Nh− vậy mỗi “cụm” đ−ợc phát đi đúng bằng chu kỳ một khung TDMA Để các “cụm” trong khung TDMA không chồng lấn lên nhau thì giữa các cụm kề nhau phải có một khoảng thời gian

Hình 1.7: Cấu trúc “cụm” và khung TDMA

Một mạng đa truy nhập phân chia theo thời gian có ba trạm A, B, C

đ−ợc chỉ ra trên hình 1.8 Các trạm mặt đất phát không liên tục trong một thời

Khi thu mỗi trạm thu tất cả các “cụm” trong khung TDMA, trạm thu sẽ nhận dạng “cụm” của mình bằng “từ duy nhất” có trong “cụm chuẩn” do trạm chuẩn phát đi

Trạm mặt đất nhận thông tin ở dạng một luồng số cơ hai liên tục với tốc

giữ ở bộ nhớ đệm trong khi chờ thời gian phát “cụm” Khi thời gian này tới

chế sóng mang sẽ có tốc độ:

Tốc độ luồng số điều chế sóng mang sẽ cao khi khoảng thời gian của

TF/TB = 10 thì R = 2.10 = 20 Mbit/s B

Chú ý rằng R là tổng dung l−ợng của mạng, nghĩa là tổng các dung l−ợng trạm ở bit/s Nếu tất cả các trạm có dung l−ợng nh− nhau thì chu kỳ

TF/TB biểu thị cho số trạm trong mạng B

Khi thu “cụm”, mỗi trạm sẽ thu tất cả các “cụm” trong khung Trạm thu nhận dạng khởi đầu của mỗi cụm trong khung bằng việc tách “từ duy nhất”

sau đó lấy ra lưu lượng dành cho nó chứa trong cụm con của trường lưu lượng

có trong mỗi cụm Lưu lượng này nhận được không liên tục với tốc độ R bit/s

được lưu lại trong bộ nhớ đệm đối với một chu kỳ khung và nó được đọc ra ở

TFcùng tần số F

Hình 1.8: Hoạt động của một mạng theo nguyên lý TDMA

Đa truy nhập phân chia theo thời gian sử dụng hiệu quả hơn đối với độ rộng băng tần và tận dụng được công suất của bộ khuếch đại công suất cao do mỗi khung TDMA (hay một bộ phát đáp trên vệ tinh) chỉ có một sóng mang nên không có nhiễu điều chế khi tầng khuếch đại công suất làm việc tại điểm bão hoà hay lân cận điểm bão hoà và sẽ cho ra công suất cực đại

Hệ thống TDMA có tính mềm dẻo trong việc thay đổi lưu lượng giữa các trạm chỉ cần thay đổi độ rộng “cụm” của mỗi trạm mặt đất

Nhưng TDMA yêu cầu về công nghệ trạm mặt đất phức tạp hơn FDMA, bởi vậy giá thành sẽ đắt hơn vì phải có sự đồng bộ chính xác giữa các trạm và với vệ tinh

Do vị trí vệ tinh luôn luôn thay đổi nên độ trễ của các trạm mặt đất là khác nhau, làm cho việc đồng bộ trong mạng gặp nhiều khó khăn và phức tạp hơn nhiều so với các hệ thống vi ba trên mặt đất

1.4.3 Đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA):

Trong CDMA mỗi trạm phát sử dụng một mã giả ngẫu nhiên duy nhất

để trải phổ tín hiệu phát Phía thu mỗi trạm mặt đất thu trong mạng phải có mã tạp âm giả ngẫu nhiên (PN) giống hệt nhau để khôi phục lại và chọn ra thông tin Những mạng khác có thể làm việc đồng thời trong cùng phổ tần nhưng với mã khác nhau thì sẽ không gây can nhiễu

Phương pháp cơ bản của việc phát thông tin trải phổ đòi hỏi phải gửi đi một mã tạp âm giả ngẫu nhiên (PN) ở tốc độ khoảng Mbit/s Mã này được gọi

là “chíp” Mã PN được điều chế bởi luồng số liệu thông tin Tỷ số giữa tốc độ

số khuếch đại xử lý điển hình thường bằng 100 : 1 đến 1000 : 1 (20 dB đến 30 dB) Nếu tốc độ số liệu là 10 kbit/s và hệ số khuếch đã xử lý 23 dB (200/1) thì tốc độ “chíp”là 2 Mbit/s Nếu yêu cầu Eb/No là 4 dB , với Rchip/Rdata = 23 dB sẽ cho phép C/N đến -19 dB

CDMA đổi lại việc tăng độ rộng băng để làm giảm công suất xuống thấp hơn nhiều Công suất đòi hỏi thấp đến mức việc phát hiện một tín hiệu CDMA là rất khó khăn CDMA nhiều kênh có thể cùng tồn tại, nếu tất cả là mã trực giao Kiểu đa truy nhập này phù hợp với các thiết bị thông tin vệ tinh cầm và xách tay có đồ thị tính hướng anten rộng

Đa truy nhập phân chia theo mã có các ưu điểm:

- Đơn giản vì không yêu cầu đồng bộ giữa các trạm

- Bảo mật, ít can nhiễu, có khả năng làm việc với C/N rất thấp

- Sử dụng ít tần số, giá thành các trạm mặt đất thấp

1.5 Cấu trúc của 1 hệ thống thông tin vệ tinh

Một hệ thống thông tin vệ tinh bao gồm phần không gian và phần mặt

đất như trong hình 1.9

1.5.1 Phần không gian [1]

Phần không gian bao gồm quả vệ tinh và tất cả các trung tâm mặt đất để

điều khiển và giám sát vệ tinh Trung tâm điều khiển và giám sát vệ tinh bao gồm các trạm bám (tracking station) trạm đo xa (telemetry station), trạm điều khiển (control station) (TT&C) cùng với trung tâm điều khiển vệ tinh mà tại

đó tất cả các thao tác liên quan đến công việc duy trì vị trí của vệ tinh (station keep) và kiểm tra các chức năng quan trọng của vệ tinh được thực hiện

Trạm điều khiển (TT&C)

Phần không gian

Trạm phát Phần mặt đất Trạm thu

Hình 1.9 Các thành phần của một hệ thống thông tin vệ tinh

Muốn thiết lập một đường thông tin vệ tinh, trước hết phải phóng một

vệ tinh lên quỹ đạo và có khả năng thu phát sóng vô tuyến điện Vệ tinh có thể

là vệ tinh thụ động, chỉ phản xạ sóng vô tuyến một cách thụ động mà không khuếch đại và biến đổi tần số Hầu hết các vệ tinh thông tin là vệ tinh tích cực

Vệ tinh sẽ thu tín hiệu từ một trạm mặt đất, (SES: Satellite Earth Station) biến

đổi, khuếch đại và phát lại đến một hoặc nhiều trạm mặt đất khác Hình 1.9 chỉ ra một đường thông tin qua vệ tinh giữa hai trạm mặt đất

Tuyến thông tin thiết lập từ một trạm mặt đất đến máy thu của vệ tinh

được gọi là đường lên (uplink) và tuyến thông tin từ vệ tinh trở về trạm mặt

đất khác gọi là đường xuống (downlink) Thiết bị thông tin trên vệ tinh bao gồm một số bộ phát đáp sẽ khuếch đại tín hiệu ở các băng tần nào đó lên một công suất đủ lớn và phát trở về mặt đất

Vệ tinh bao gồm Payload và các phân hệ phụ trợ cho Payload Payload bao gồm hệ thống anten thu phát và tất cả các thiết bị điện tử hỗ trợ truyền dẫn các sóng mang Các phân hệ hỗ trợ bao gồm:

- Khung vệ tinh

- Phân hệ cung cấp năng lượng

- Phân hệ điều khiển nhiệt độ

- Phân hệ điều khiển quỹ đạo và tư thế của vệ tinh

Đối với các trạm mặt đất cỡ lớn, do độ rộng búp sóng chính của anten nhỏ nên trạm mặt đất cần phải có các thiết bị bám vệ tinh để đảm bảo chất lượng đường truyền Trong khi đó, với các trạm mặt đất cỡ nhỏ, độ rộng búp sóng chính lớn nên các trạm mặt đất đó không cần thiết có các thiết bị bám vệ

tinh

1.6 Các loại hình dịch vụ của thông tin vệ tinh

Dựa vào đặc điểm của vệ tinh có khả năng phát quảng bá trên một vùng

địa lý rất rộng, thông tin vệ tinh đã được sử dụng để thành lập các tuyến thông tin điểm nối điểm và điểm nối đa điểm Trên cơ sở các tuyến thông tin trên, thông tin vệ tinh được sử dụng để cung cấp các dịch vụ cố định và lưu động Sau đây là một số loại dịch vụ thông tin vệ tinh điển hình:

- Dịch vụ điện thoại đường dài: Cung cấp các tuyến đường trục mà

mạng mặt đất chưa tới hoặc không đáp ứng đủ tại một số giờ cao điểm Ngoài ra cũng cung cấp các tuyến dự phòng cho các tuyến đường trục mặt đất khi có sự cố

- Dịch vụ viễn thông nông thôn: Cung cấp các dịch vụ viễn thông như

Thoại Fax, truyền số liệu, Email, Internet cho các vùng hẻo lánh, các hải đảo những nơi mà mạng mặt đất chưa đạt tới hoặc xây dựng mạng

mặt đất không kinh tế

- Mạng dùng riêng: Cung cấp dịch vụ viễn thông như thoại, fax, truyền

dữ liệu cho các cơ quan nhà nước, các công ty cần đường truyền có độ sẵn sàng cao

- Dịch vụ lưu động: Cung cấp dịch vụ truyền số liệu với tốc độ thấp giữa

các đài di động như xe tải, tàu biển, v.v với trung tâm điều hành các

đài di động

- Chuyển tiếp chương trình truyền hình và phát thanh: Cung cấp

đường truyền giữa trạm Hub của trung tâm truyền hình đến các trạm phát chuyển tiếp đặt tại các vị trí cách xa trạm trung tâm

- Truyền hình trực tiếp: Cung cấp các kênh truyền hình mà người xem

có thể thu trực tiếp chương trình từ vệ tinh bằng một anten thu có đường kính khoảng 60cm Dịch vụ này khách hàng trả tiền cước phí hàng tháng tùy thuộc vào số kênh

- Dịch vụ băng tần theo yêu cầu: Cung cấp các dịch vụ theo yêu cầu

của khách hàng như truyền số liệu tốc độ cao có giao tiếp hoặc không

có giao tiếp Dịch vụ này khách hàng phải trả tiền theo số lần truyền

- Dịch vụ chuẩn đoán bệnh từ xa: Cung cấp các dịch vụ t− vấn y tế cho

các bệnh viện ở xa trung tâm y tế và giữa các trung tâm y tế với nhau

- Dịch vụ đào tạo từ xa: Cung cấp dịch vụ đào tạo từ xa cho các trung

tâm đào tạo

chương 2 tính toán tuyến thông tin vệ tinh

Một tuyến thông tin vệ tinh bao gồm từ một trạm mặt đất phát đến máy thu vệ tinh (tuyến lên) và từ máy phát vệ tinh đến trạm thu mặt đất (tuyến xuống) như chỉ ra trên sau:

Vệ tinh

Hình 2.1: Tuyến thông tin vệ tinh

Phần chủ yếu của chương này là giải quyết tỷ số tín hiệu trên tạp âm tại

đầu vào máy thu Tỷ số này phụ thuộc vào các đặc tính của máy phát, môi trường truyền dẫn và máy thu Ta phân chia tuyến lên và tuyến xuống để xem xét sau đó kết hợp lại xem xét tuyến tổng giữa hai trạm mặt đất

Các tính toán cụ thể sẽ đưa ra cho vệ tinh địa tĩnh là vệ tinh sử dụng phổ biến nhất cho thông tin đặc biệt là các dịch vụ thông tin vệ tinh cố định Tần số sóng mang lấy trong khoảng 1 GHz đến 30GHz là khoảng tần số ứng dụng cho hiện tại và tương lai cho tới cuối thế kỷ này

Trong phần này cũng chỉ xem xét tuyến trạm đến trạm và đa truy nhập

được ở đơn vị góc đặc do một anten vô hướng bức xạ cũng ở cự ly đó khi đưa vào hai anten cùng một công suất Hệ số tăng ích ở hướng bức xạ cực đại được xác định bởi công thức:

Thường mặt phản xạ là mặt parabol tròn xoay có đường kính (còn được gọi là khẩu độ của anten) D, diện tích thực bằng :

ở đây η là hiệu suất của anten Với anten parabol η chỉ đạt được khoảng từ 0,4

đến 0,7, khi tính toán thường lấy 0,55 hay 0,6 Vì vậy:

thức (2.3) sẽ có dạng:

Để thuận lợi trong việc tính toán các số hạng trong công thức thường

có đơn vị sau: D (m), f (GHz), c = 0,299792458 m/ns, thay vào ta có:

Để đánh giá mức độ rộng hay hẹp của đồ thị búp sóng người ta dựa vào góc độ rộng búp sóng, là góc hợp bởi hai hướng có hệ số tăng ích nào đó, ví

dụ góc độ rộng búp sóng ở mức 0 là góc hợp bởi hai hướng mà ở hai hướng đó

hệ số tăng ích bắt đầu bằng 0

Hệ số tăng ích anten (dB)

định bởi hướng của véc tơ điện trường Nói chung hướng của véc tơ điện trường là không cố định và độ lớn không phải là hằng số Trong một chu kỳ, nếu đầu mũi véc tơ điện trường trong mặt phẳng vuông góc với phương truyền lan (mặt phẳng phân cực) vẽ nên một hình êlíp thì phân cực được gọi là phân cực êlíp, như chỉ ra trên hình 2.3

Phân cực được biểu thị bởi các thông số sau:

- Hướng quay khi nhìn thẳng vào hướng truyền lan sóng Quay bên phải (cùng chiều kim đồng hồ); quay bên trái (ngược chiều kim đồng hồ)

E

y

xP

Tỉ số trục (AR ) = Emax/Emin

Hình 2.3 Tính chất phân cực của sóng điện từ

bé của êlíp Khi êlíp là một đường tròn AR = 1 (0 dB), phân cực đó gọi

là phân cực tròn Khi êlíp dẹt dần một trục bằng 0 AR = ∞, véc tơ điện trường có phương không đổi, phân cực được gọi là phân cực đường thẳng

- Độ nghiêng τ của êlíp

Nếu có hai phân cực vuông góc nhau, các véc tơ điện trường vẽ nên các êlíp giống hệt nhau nhưng quay ngược chiều nhau Trong thực tế có thể xẩy ra các trường hợp sau:

- Hai phân cực tròn vuông góc sẽ là phân cực tròn bên phải (RHCP) và phân cực tròn bên trái (LHCP), hướng quay nhìn theo hướng truyền lan sóng

- Nếu là hai phân cực thẳng sẽ là phân cực thẳng đứng và phân cực nằm ngang

Một anten có thể phát hoặc thu với sóng phân cực cho trước có thể phát hoặc thu ở phân cực vuông góc Tính chất này cho phép tuyến thông tin sử dụng chung một tần số ở cùng vị trí bằng các phân cực vuông góc nhau Đó chính là sự sử dụng lại tần số bằng các phân cực vuông góc Để thực hiện

được điều này thì cần phải có hai anten có phân cực phù hợp tại mỗi đầu cuối hoặc một anten phân cực kép Tuy nhiên trong thực tế phải tính đến sự mất

đồng bộ giữa hai anten thu và phát và khả năng khử phân cực do môi trường truyền sóng Các ảnh hưởng này gây can nhiễu giữa hai tuyến thông tin Trường hợp này được minh hoạ trên hình 2.4, cho hai phân cực thẳng vuông góc(nhưng cũng đúng cho hai phân cựcvuông góc bất kỳ)

tại anten phát

phân cực thẳng đứng

phân cực thẳng

phân cực nằm ngang

Hình 2.4: Biên độ của điện trường phát và thu

của hai phân cực thẳng vuông góc

Giả thiết điện trường của hai sóng phân cực đường thẳng a và b phát đi

Sự phân cực được thể hiện ở các đại lượng sau:

- Khả năng cách ly phân cực chéo XPI (cross-polarisation isolation):

- Khả năng phân biệt phân cực chéo (khi một phân cực đơn được phát) XPD (cross-polarisation discrimination):

Các đại lượng trên là một hàm của tính hướng, liên quan tới độ lệch hướng so với hướng bức xạ cực đại của anten Một anten được đặc trưng bởi một phân cực cho trước biểu thị bằng đồ thị bức xạ đối với phân cực danh định

và đồ thị bức xạ của phân cực vuông góc (phân cực chéo) Độ phân biệt phân cực lớn nhất ở hướng trục anten và giảm so với hướng trục là hướng bức xạ cực đại

2.2 Công suất phát ở một hướng cho trước

2.2.1 Công suất bức xạ đẳng hướng tương đương [1]

Công suất bức xạ trên một đơn vị đặc tạo bởi một anten vô hướng do

Hình 2.5: Mật độ công suất

2.2.2 Mật độ thông lượng năng lượng

công suất bằng:

2.3 Công suất tín hiệu thu

2.3.1 Công suất anten thu nhận được

cho tỷ số của công suất phát ra từ anten phát trên công suất anten thu nhận

được, trong một tuyến thông tin khi hai anten là vô hướng Đồ thị hình 2.7 chỉ

dB Với bất kỳ một trạm mà vị trí của nó được xác định bởi vĩ độ φ và kinh độ

LFS = (4πR/λ)2= ((4πR0/λ)2 (R/R0)2 = LFS(R0) (R/R0)2 (2.18)

1,356 (0 đến 1,3 dB)

- Suy hao trong khí quyển thực

- Suy hao trong thiết bị thu, phát

- Suy hao phân cực do mất đồng bộ giữa hai anten thu và phát

- Mất mát do không phối hợp phân cực

2.3.2.1 Suy hao trong khí quyển thực

đối lưu, phân tử nước, mây, mưa, băng tuyết và trong tầng điện ly như mật độ

điện tử, ion gây ra Định lượng các ảnh hưởng này sẽ được trình bày ở phần sau của chương này Lúc đó mất mát đường truyền sẽ là:

2.3.2.2 Suy hao trong thiết bị thu, phát

Hình 2.8 mô tả các suy hao này

Mất mátFide

Mất mát Fide

Suy hao trên fide phát LFTX do thiết bị tiếp sóng cho anten phát nối từ

Nếu biểu thị EIRP qua công suất ra của máy phát thì:

suất tín hiệu đầu vào máy thu bằng:

2.3.2.3 Mất mát do đặt lệch hướng giữa các anten

Hình 2.9 chỉ ra sự lệch hướng giữa hai anten, làm giảm hệ số tăng ích

Hình 2.9: Góc lệch hướng giữa 2 anten thu và phát

2.3.2.4 Suy hao do không phối hợp phân cực

không đặt song song với phân cực của sóng thu khi phân cực thẳng Với phân cực tròn, sóng phát đi có phân cực tròn chỉ ở hướng trục anten (hướng cực

đại), và có phân cực êlíp khi lệch khỏi hướng trục Sự truyền lan sóng qua khí quyển cũng có thể làm thay đổi phân cực tròn thành phân cực êlíp Nếu là

phân cực thẳng có thể bị quay mặt phẳng phân cực Như vậy mặt phẳng phân cực phía thu khác với phía phát phát đi Nếu mặt phẳng phan cực quay một

Kết hợp tất cả các nguyên nhân suy hao, theo công thức 2.17, công suất tín hiệu đầu vào máy thu trong trường hợp này bằng:

PRX = (PTXGTmax/LTLTFX)(1/LFSLA)(GRmax/LRLFRXLPOL) (W) (2.24)

2.3.3 Kết luận

Biểu thức 2.17 và 2.24 biểu thị công suất tín hiệu ở đầu vào máy thu có dạng giống nhau; chúng được thiết lập từ ba hệ số:

- Thứ nhất EIRP đặc trưng cho thiết bị phát

- Thứ hai (1/L), đặc trưng cho môi trường truyền dẫn

- Thứ ba (hệ số tăng ích của máy thu), đặc trưng cho thiết bị thu

- Trong trường hợp phức tạp nhất như công thức 2.24, các hệ số này là:

anten phát

2.4 Công suất tạp âm đầu vào máy thu

2.4.1 Nguồn tạp âm

Tạp âm là tín hiệu không nằm trong nội dung thông tin, tác động lên tín hiệu có ích Nó làm giảm khả năng khôi phục lại nội dung thông tin của máy thu

Các nguồn tạp âm bao gồm:

- Tạp âm phát ra từ các nguồn tự nhiên trong khu vực đặt anten thu

- Tạp âm tạo ra bởi các linh kiện điện tử trong thiết bị

Các tín hiệu từ các máy phát khác tác động lên máy thu cũng gây nên tạp âm Tạp âm này được gọi là can nhiễu

2.4.2 Đặc tính và xác định tạp âm

Công suất tạp âm nằm trong độ rộng băng của tín hiệu có ích Thường

đó là băng thông của máy thu Một kiểu tạp âm dùng rất nhiều đó là tạp âm

độ của một điện trở tạo ra giá trị công suất tạp âm như nguồn xem xét (hình 2.11) Công suất tạp âm có giá trị là công suất tạo ra bởi nguồn có trở kháng phù hợp với nguồn

tại đầu vào của phần tử giả định với tạp âm tự do, tạo ra công suất tạp âm có giá trị như nhau tại đầu ra của phần tử khi phần tử thực không có nguồn tạp

Nguồn tạp âm

Nhiệt độ vật lý

Giá trị công suất (W)

N = kTB

Nhiệt độ vật lý có thể không phải T

Hình 2.11: Nhiệt tạp âm của một nguồn tạp âm

Hệ thống thực

Tạp âm hệ thống tự do

Hình 2.12: Nhiệt tạp âm đầu vào tương đương của hệ thống

Hệ số tạp âm của phần tử bốn cực là tỷ số của tổng công suất tạp âm ở

đầu ra của phần tử trên thành phần của công suất này sinh ra bởi một nguồn ở

Giả thiết rằng phần tử có hệ số khuếch đại công suất G, độ rộng băng

số tạp âm sẽ là:

F = {Gk(Te+T0)B} = (Te+T0)/T0 = 1+Te/T0 (2.29)

2.4.3 Nhiệt tạp âm của anten

Một anten thu tạp âm từ các vật thể bức xạ nằm trong đồ thị bức xạ của

nó Tạp âm đầu ra của anten là một hàm của tính hướng, đồ thị bức xạ và trạng thái của môi trường xung quanh Anten được coi như một nguồn tạp âm đặc