Khi đó vệ tinh sẽ khuếch đại sóng vô tuyếnđiện nhận được từ các trạm mặt đất và phát lại sóng vô tuyến điện đến các trạm mặt đấtkhác.. Loại vệ tinh nhân tạo sử dụng cho thông
Trang 1HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH
ĐỀ BÀI : Tính toán suy hao đường truyền
tuyến lên đối với trạm LES đặt tại Hải
Phòng.
Trang 2MỤC LỤC
CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH
1.1 Nguyên lý thông tin vệ tinh……… 3
1.2 Đặc điểm của thông tin vệ tinh………4
1.3 Suy hao trên đường truyền vệ tinh……… 6
CHƯƠNG II : VẤN ĐỀ LỰA CHỌN VỆ TINH VÀ VI TRÍ TRẠM LES HẢI PHÒNG…6 2.1 Đặc điểm của thời tiết khí hậu Việt Nam liên quan đến suy hao đường truyền đối với kênh thông tin vệ tinh INMARSAT……… 6
2.2 Lựa chọn vùng vệ tinh……… 7
2.3 Cơ sở lựa chọn vị trí lắp đặt trạm LES tại Việt Nam……… 10
2.4 Lựa chọn vị trí đặt trạm LES tại Hải Phòng……… 12
CHƯƠNG III : BÁI TOÁN TÍNH TOÁN SUY HAO ĐƯỜNG TRUYỀN ĐỐI VỚI LES ĐẶT TẠI HẢI PHÒNG………13
3.1 Cơ sở tính suy hao đường truyền của trạm LES đặt tại Hải Phòng…….…… …… 13
3.2 Tính toán chi tiết hao đường truyền của trạm LES đặt tại Hải Phòng……….14
Trang 3CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH
1.1 Nguyên lý thông tin vệ tinh :
- Khái niệm: Một vệ tinh có khả năng thu phát sóng vô tuyến điện sau khi được
phóng vào vũ trụ dùng cho thông tin vệ tinh Khi đó vệ tinh sẽ khuếch đại sóng vô tuyếnđiện nhận được từ các trạm mặt đất và phát lại sóng vô tuyến điện đến các trạm mặt đấtkhác Loại vệ tinh nhân tạo sử dụng cho thông tin vệ tinh như thế gọi là thông tin vệ tinh -Người ta chia vệ tinh làm 2 loại khi vệ tinh di chuyển từ các trạm mặt đất theo quỹđạo bay:
+ Vệ tinh quỹ đạo thấp: là vệ tinh chuyển động liên tục so với mặt đất, thời gian cầnthiết cho vệ tinh chuyển động xung quanh quỹ đạo khác với chu kỳ quay của quả đất (loại nàydùng vào việc nghiên cứu khoa học, quân sự …)
+ Vệ tinh địa tĩnh: là vệ tinh được phóng lên quỹ đạo tròn ở độ cao khoảng 36000
km so với đường kính xích đạo, vệ tinh này bay xung quanh trái đất 1 vòng mất 24h Dothời gian bay của vệ tinh bằng thời gian quay của trái đất và cùng hướng (hướng đông), do
đó vệ tinh dường như đứng yên khi quan sát từ trái đất gọi là vệ tinh địa tĩnh
- Nếu dùng 3 vệ tinh địa tĩnh được đặt cách đều nhau trên xích đạo thì có thể thiếtlập được thông tin hầu hết các vùng trên quả đất bằng cách chuyển tiếp qua 1 hoặc 2 vệ tinh.Điều này cho phép chúng ta xây dựng 1 mạng thông tin trên toàn thế giới
Trang 4+ Một vệ tinh địa tĩnh (trên quỹ đạo)
+ Các trạm mặt đất: các trạm này có thể truy cập đến vệ tinh và có thể nhận cácthông tin từ vệ tinh
+ Đường hướng từ trạm mặt đất phát đến vệ tinh gọi là đường lên(tần số trongkhoảng 6GHz hoặc 14GHz), đường vệ tinh đến trạm mặt đất gọi là đường xuống(tần sốtrong khoảng 4GHz và 11GHz)
1.2 Đặc điểm của thông tin vệ tinh
-Chúng ta có thể phân loại các loại thông tin như sau:
+Thông tin hữu tuyến điện như:cáp đồng trục,cáp quang…
+Thông tin vô tuyến điện sử dụng sóng vô tuyến điện nối liền nhiều nơi trên thế giớivượt qua thời gian và không gian, thông tin sóng ngắn, viba,vệ tinh…
- Ưu điểm của thông tin vệ tinh:
+ Có khả năng đa truy nhập
+ Vùng phủ sóng rộng
+ Ổn định cao,chất lượng và khả năng cao về thông tin băng rộng
+ Có thể ứng dụng tốt cho thông tin di động
+ Hiệu quả kinh tế cao cho thông tin đường dài, xuyên lục địa
- Sóng vô tuyến điện phát đi từ 1 vệ tinh trên quỹ đạo địa tĩnh có thể bao phủ 1/3toàn bộ bề mặt trái đất.Bởi vậy các trạm mặt đất thuộc vùng đó có thể liên lạc với bất kỳ 1trạm mặt đất nào thuộc vùng phủ sóng thông qua vệ tinh thông tin
- Kỹ thuật sử dụng 1 vệ tinh chung cho nhiều trạm mặt đất và việc tăng hiệu quả sửdụng của nó tới cực đại gọi là đa truy nhập (đa truy nhập là phương pháp dùng 1 bộ phátđáp trên vệ tinh chung cho nhiều trạm mặt đất)
Trang 5- Yêu cầu đối với đa truy nhập là không để nhiễu giữa các trạm mặt đất.Vì vậy phảiphân chia tần số, thời gian không gian của sóng vô tuyến điện để truyền tin, phải phân phốitần số, các khe thời gian 1 cách thích hợp cho từng trạm mặt đất
-Đa truy nhâp có thể phân chia thành 3 loại sau:
+ FDMA:Frequency Division Multiple Access (Đa truy nhập phân chia theo tần số)+ TDMA:Time Division Multiple Access (Đa truy nhập phân chia theo thời gian)+ CDMA: Code Division Multiple Access (Đa truy nhập phân chia theo mã)
-Nhược điểm của thông tin vệ tinh:
+Với tổng chiều dài ở đường lên và đường xuống là trên 70000km thì thời giantruyền trễ là đáng kể
có tần số 4GHz đến 6GHz trong khoảng cửa sổ tần số)
Trang 6CHƯƠNG II : VẤN ĐỀ LỰA CHỌN VỆ TINH VÀ VÌ TRÍ TRẠM LES HẢI PHÒNG
2.1 Đặc điểm của thời tiết khí hậu Việt Nam liên quan đến suy hao đường truyền đối với kênh thông tin vệ tinh INMARSAT.
-Trong thông tin vệ tinh, do khoảng cách giữa các trạm thu và phát rất xa, nên vấnđề suy hao đường truyền trong thông tin vệ tinh có ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng thôngtin Khi nghiên cứu về thông tin vệ tinh ta không thể xem nhẹ vấn đề suy hao đường truyền
Có nhiều yếu tố tác động đến suy hao đương truyền trong thông tin vê tinh như các tầngđiện ly, các lớp khí quyển, mây, mưa, sương mù
Trước khi nghiên cứu, tính toán suy hao đường truyền của tuyến thông tin vệ tinh trạm LEStại Việt nam, ta đi xem xét các đặc điểm thời tiết khí hậu của Việt nam ảnh hưởng đến suyhao đường truyền của tuyến thông tin vệ tinh
2.1.1 Đặc điểm khí hậu Việt Nam.
-Nước ta nằm hoàn toàn trong vành đai nhiệt đới của nửa cầu Bắc, thiên về chítuyến hơn là thiên về xích đạo Ngoài ra lãnh thổ Việt nam lại có hình dạng khá đặ biệt, bờbiển từ Bắc xuống Nam uốn khúc theo hình chữ S kéo dài trên 15 vĩ độ Do vậy về cơ bảnnước ta nhận được một lượng nhiệt của mặt trời rất lớn, nhiệt độ trung bình năm của cảmiền Bắc và miền Nam đều từ 210 trở lên Tuy nhiên do sự tác động mạnh mẽ của gió mùa,đặc biệt là gió mùa đông bắc nên nhiệt độ trung bình của nước ta thấp hơn nhiệt độ trungbình của nhiều nước khác nằm trong cùng vĩ độ Mặt khác, do ảnh hưởng của gió mùa nênkhí hậu nước ta có sự khác rõ rệt giữa miền Bắc và miền Nam về độ ẩm không khí, sươngmù, cường độ cơn mưa đó là những yếu tố ảnh hưởng đến suy hao đường truyền trongthông tin vệ tinh, đặc biệt là yếu tố về cường độ mưa
Theo bản đồ vũ lượng quốc tế về phân bố mưa đưa ra trong thông báo rep 563-4của CCIR, cho thấy Việt nam ở vùng phân bố mưa N có các giá trị sau:
Trang 7-Dòng 1 bảng 1.1 là các phần trăm thời gian của năm trung bình có cường độmưa vượt quá giá trị cường độ mưa tương ứng ở dòng 2.
Nhưng thực tế lượng mưa phân bố ở Việt nam là rẩt lớn, hơn nữa sự phân bố này là khácnhau giữa khu vực miền Bắc và miền Nam Do đó việc khảo sát điều kiện khí hậu thực tế ởViệt nam để chọn được vị trí đặt trạm LES và tính toán suy hao đường truyền tuyến thôngtin vệ tinh là cần thiết Trên cơ sở đó tính toán thiết kế tầng khuếch đại công suất phù hợp,tiết kiệm được chi phí nhưng vẫn bảo đảm được độ tin cậy của kênh thông tin
Xét về các điều kiện về kinh tế kỹ thuật, trạm LES của Việt nam có thể đượcđặt ở miền Bắc hoặc miền Nam Do đó phần trình bày sau đây chỉ đi phân tích vị trí TP HồChí Minh trên quan điểm kinh tế và kỹ thuật liên quan đến trạm LES
2.1.2 Đặc điểm khí hậu của miền Bắc (khu vực Hải Phòng)
Nét đặc trưng của khí hậu khu vực Hải Phòng nói riêng và khu vực miền Bắc nói chung là mùa đông lạnh, nhiệt độ xuống thấp, thường có những đợt gió mùa đông bắc tràn về, cho nên mùa này thường lạnh, khô, lượng mưa không đáng kể, độ ẩm trung bình kèm theo những đợt sương mù dày đặc
Sang mùa hạ, gió từ biển đông thổi vào mang đến một lượng mưa phong phú và độ
ẩm tương đối cao
Tuy nhiên do tính chất của gió mùa phức tạp và không ổn định cho nên trong mùa hè xuất hiện nhiều hiện tượng như áp thấp nhiệt đới, có những đợt áp thấp kéo dài kéo theo cường độ mưa lớn, gió mạnh
Theo số liệu đo được từ các báo cáo đề tài khoa học của viện Khoa học kỹ thuật bưu điện, đo cường độ mưa bằng thiết bị có độ phân giải 1 phút, ta có kết quả thống kê về cường
độ mưa khu vực Hà Nội nói riêng và khu vực miền Bắc nói chung trong 3 năm 1989, 1990,
2.3 20.3 41.3 113 137 217 237.7
Bảng 1.2: Cường độ mưa thực tế khu vực miền Bắc (mm/h)
Bảng liệt kê số liệu cường độ cơn mưa mm/h ta nhận thấy, đặc điểm khí hậu của khuvực Hải Phòng tương đối phức tạp, luôn thay đổi theo mưa, cường độ mưa trung bình lớnhơn số liệu quốc tế phân bố mưa vùng N
2.2 Lựa chọn vùng vệ tinh.
Trang 8Việt nam là một nước nằm trên con đường giao thông quốc tế từ Ấn Độ Dương lên Bắc
Thái Bình Dương, nằm trong vùng bao phủ của hai vệ tinh IOR và POR Trong điều kiệnnền kinh tế nước ta còn nghèo, ngành công nghiệp hàng hải chưa mạnh, không thể cùng lúcxây dựng cả hai trạm LES cho hai vùng vệ tinh được Do đó việc lựa chọn vùng vệ tinh choviệc xây dựng trạm LES tại Việt nam phải căn cứ vào các yếu tố kinh tế, kỹ thuật sao chochi phí cho việc xây dựng trạm phải rẻ tiền, hiệu quả và thu hút được nhiều thuê bao saunày
2.2.1 Lựa chọn vùng vệ tinh trên cơ sở suy hao đường truyền
-Do khoảng cách giữa một trạm mặt đất với một vệ tinh là rất lớn cho nên trongquá trình truyền song, vấn đề suy hao đường truyền là một trong những vấn đề quan trọngnhất Do đó khi thiết kế đường truyền vệ tinh người ta phải chú ý đến các loại suy hao này,bao gồm:
+ Suy hao do truyền sóng trong không gian tự do:
Khi sóng vô tuyến điện truyền trong không gian tự do, tỷ số công suất phát trêncông suất thu tại điểm cách nơi phát một khoảng R(m) được gọi là suy hao không gian tự
do, được tính theo công thức sau [6], [8]:
2
4
Từ (2-1) ta thấy rằng suy hao không gian tự do γ tỷ lệ với bình phương khoảngcách truyền lan sóng R Do đó suy hao không gian tự do sẽ giảm đáng kể khi giảm được cự
ly truyền sóng
+ Suy hao do uốn cong của tia sóng:
Ta thấy tia sóng vô tuyến điện giữa một trạm mặt đất và một vệ tinh về mặt lýthuyết là một đường thẳng, song thực tế nó bị uốn cong do sự thay đổi chiều cao tầng khúcxạ Sự uốn cong của tia sóng được đánh giá bằng góc uốn và phụ thuộc vào góc ngẩng củaanten trạm mặt đất, góc ngẩng càng lớn thì góc uốn cong tia sóng càng giảm Đồ thị dướiđây miểu tả sóng vô tuyến điện bị uốn cong khi đi qua tầng khí quyển
Trang 9Hình 2.1: Sóng VTĐ bị uốn cong khi đi qua tầng khí quyển
NS là tính khúc xạ tại bề mặt trái đất
NS = 315 là giá trị của tầng khí quyển chuẩn
+ Suy hao do tia sóng phân kỳ:
Do chiều cao khúc xạ của tầng khí quyển biến thiên theo thời gian và hoạt động nhưmột gương lõm cho các tia sóng vô tuyến truyền qua, chúng sẽ bị suy hao do phân kỳ
+ Suy hao do khuếch tán:
Tính khúc xạ biến thiên do tầng đối lưu gây ra làm cho sóng vô tuyến điện bịphát đi các hướng khác nhau, kết quả tín hiệu thu bị suy hao Suy hao do hỗn loạn của tầngkhí quyển được gọi là suy hao khuếch tán Sự suy hao này phụ thuộc vào góc ngẩng anten.Góc ngẩng anten càng lớn, suy hao càng nhỏ và biểu thị dưới hình 2.3
Thực nghiệm cho thấy giá trị suy hao do tính chất tán xạ và khuếch tán của tầng khí quyểnđối với các tia sóng, phụ thuộc vào góc ngẩng anten Do vậy nếu góc ngẩng anten càng lớnthì suy hao càng nhỏ dẫn đến công suất phát giảm, tín hiệu thu được lớn
Ngoài các loại suy hao kể trên, tuyến thông tin vệ tinh còn chịu ảnh hưởng củanhiều loại suy hao khác nữa, như suy hao do mưa, sương mù nhưng các loại suy hao nàykhông phụ thuộc nhiều vào việc chọn vùng vệ tinh, nên ta không xét trong phần này
Trang 10Da là đường kính anten
Hình 2.3: Suy hao phụ thuộc vào góc ngẩng của anten
Từ những ký do trên ta nhận thấy nếu chọn vùng vệ tinh thích hợp ta sẽ rút ngắnđược cự ly truyền, giảm nhỏ được một số loại suy hao do đó sẽ tiết kiệm được công suấtphát Quan sát vào khu vực phủ sóng của vệ tinh INMARSAT ta thấy vùng biển các nướcĐông Nam Á nằm trong hai vùng phủ sóng của vệ tinh Ấn Độ Dương và Thái Bình Dương,song Việt nam gần với vệ tinh Ấn Độ Dương hơn Do vậy khi thiết lập đường thông tin liênlạc chọn vùng Ấn Độ Dương sẽ rút ngắn được đường truyền
2.2.2 Lựa chọn vùng vệ tinh trên cơ sở thu hút thuê bao
Bên cạnh những vấn đề về kỹ thuật như suy hao đường truyền, góc ngẩng anten,khi đặt trạm LES còn phải quan tâm đến khả năng thu hút thuê bao của trạm LES đó Khảnăng thu hút thuê bao phụ thuộc nhiều yếu tố, nhưng một trong các yếu tố quan trọng đầutiên là phải chọn được vùng vệ tinh thích hợp, có mật độ tầu bè hoạt động lớn, có nhiềutuyến đường hàng hải quan trọng
Vệ tinh Ấn Độ Dương IOR bao phủ toàn bộ vùng biển Ấn Độ Dương, một phần Thái BìnhDương và đặc biệt nó bao phủ toàn bộ các vùng biển của hai trung tâm kinh tế quan trọng,phát triển và năng động nhất thế giới đó là vùng biển của các nước Đông nam châu Á vàvùng biển của các nước thuộc khối EU Nằm trong vùng bao phủ của vệ tinh này, có nhữngtuyến hàng hải quan trọng trên thế giới, với mật độ tầu bè qua lại dầy đặc:
- Từ cảng Singapore là một trung tâm trung chuyển và cung ứng lớn nhất thế giới
có các tuyến hàng hải quan trọng đi Hồng Kông, Nam Triều Tiên, Nhật Bản, đi các nướcChâu Âu, các nước nam Á và Đông nam Châu Á
- Vùng biển Địa Trung Hải, biển Ban Tích và kênh đào Sue là những vùng biển cómật độ tầu bè dầy đặc phục vụ việc trao đổi buôn bán và thương mại giữa các nước trongkhối EU, giữa các nước châu Âu và châu Á
- Các vùng biển Nam Phi, Đông Phi và Tây Phi phục vụ việc trao đổi hàng hoábuôn bán trong châu lục và giữa châu lục với các nước khác trên thế giới
Trang 11So sánh với các vùng biển nằm trong vùng bao phủ của vệ tinh POR ta thấy trạm LES của
vẹ tinh IOR sẽ có khả năng thu hút thuê bao lớn hơn rất nhiều so với vệ tinh POR
Qua việc phân tích các cơ sở kinh tế kỹ thuật để lựa chọn vùng vệ tinh cho một trạm LES tạiViệt nam, ta thấy chọn vùng vệ tinh IOR là tối ưu hơn cả
2.3 Cơ sở lựa chọn vị trí lắp đặt trạm LES tại Việt Nam
2.3.1 Cơ sở chung để lựa chọn vị trí đặt trạm LES.
Điều kiện địa lý.
Đây là một trong những yếu tố quan trọng nhất luôn được quan tâm trong suốt quátrình lựa chọn vị trí
- Vị trí đặt trạm thường được xác định sao cho góc ngẩng anten trên khu vực mặtnghiêng chân trời có thể quan sát được tối đa cung địa tĩnh
Sự xác định này đảm bảo cho phép thông tin liên lạc với bất kỳ vệ tinh nào được xác địnhtrong phạm vi quan sát của cung địa tĩnh
Vị trí đặt trạm thường được xác định sao cho khoảng cách giữa trạm mặt đất vớitrung tâm chuyển mạch là tối thiểu Do đó sẽ giảm được một số bộ chuyển tiếp sóng vi bamặt đất và độ dài cáp đồng trục Điều này sẽ giảm cước phí đường truyền
- Vị trí đặt trạm thường được xác định một cách hợp lý gần tới trung tâm kinh tế đểthu hút thuê bao nhằm mục đích giảm cước phí và tối thiểu yêu cầu vận chuyển
Yếu tố địa chấn
Mặt đất ohải có khả năng chịu tải đối với việc xây dựng và lắp đặt anten trạm mặtđất Điều này đặc biệt quan trọng đối với cấu trúc anten nặng và lớn Do đó, vị trí đặt trạm
lý tưởng phải vững chắc, mặt đất ổn định
Sự trắc địa sơ bộ của vùng dành riêng cho vị trí đặt trạm sẽ bao gồm những vị trí để khoanthăm dò, từ những vị trí khoan đó người ta phân tích từng loại đất, đá nằm bên dưới tại các
độ sâu khác nhau Từ đó người ta xác định được lượng sunfat trong đất và mạch nước ngầmbên dưới để xem xét sự ăn mòn của sunfat đối với bất kỳ cơ sở hạ tầng nào được xây dựng,cũng như độ lún của nền đất
Nhân tố nhiễu
Nhiễu có thể sinh ra từ những tuyến thông tin liên lạc khác nhau, như radar, hoặcnhiễu từ trạm mặt đất với các dịch vụ thông tin khác, đặc biệt là thiết lập sóng viba mặt đấthoạt động trong cùng dải tần
Để giảm tối thiểu khả năng nhiễu RF tới trạm LES thì đường dẫn nên được xem xétnhư sau:
+ Mục tiêu đầu tiêu phải tối thiểu hoá khả năng nhiễu RF thông qua việc lựa chọnkhu vực địa lý, tự nhiên thích hợp
+ Nhiễu tạp âm của sóng viba từ đường cao thế có thể là không đáng kể vì mức của
