BTL thông tin vệ tinh tính suy hao đường truyền của trạm les đài hải phòng

BTL thongtinvetinh tính suy hao đường truyền của trạm les đài hải phòngBTL thongtinvetinh tính suy hao đường truyền của trạm les đài hải phòngBTL thongtinvetinh tính suy hao đường truyền của trạm les đài hải phòngBTL thongtinvetinh tính suy hao đường truyền của trạm les đài hải phòngBTL thongtinvetinh tính suy hao đường truyền của trạm les đài hải phòngBTL thongtinvetinh tính suy hao đường truyền của trạm les đài hải phòngBTL thongtinvetinh tính suy hao đường truyền của trạm les đài hải phòngBTL thongtinvetinh tính suy hao đường truyền của trạm les đài hải phòng

PHẦN 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH

I LỜI NÓI ĐẦU

Thông tin vệ tinh chỉ mới xuất hiện trong hơn bốn thập kỷ qua nhưng đã phát triển nhanh chóng trên thế giới cũng như trong nước ta, mở ra cho một thời kỳ mơis cho sự phát triển trong mọi lĩnh vực khoa học cũng như đời sống nói chung và đặc biệt ngành viễn thông nói riêng

Ngày nay chúng ta đang sống trong một thế giới của thông tin, nhu cầu thông tin giữa con người với con người ngày càng lớn thuận lợi hơn và hoàn hảo hơn nhờ vào các hệ thống truyền tin đa dạng như hệ thống thông tin vô tuyến hay hệ thống thông tin hữu tuyến Các hệ thống này thực sự là phương tiện cực kỳ hữu hiệu vì nó có khả năng kết nối mọi nơi trên thế giới để vượt qua cả khái niệm về không gian và thời gian giúp con người gần gũi nhau hơn mặc dù quãng đường rất xa, giúp con người cảm nhận được cuộc sống hiện tại của thế giới xung quanh, thong tin vệ tinh không chỉ có ý nghĩa truyền dẫn đối với quốc gia, khu vực mà còn mang tính xuyên lục địa như vệ tinh toàn cầu Nhờ có vệ tinh mà quá trình truyền thông tin giữa các châu lục trở nên tiện lợi hơn và nhanh chóng thông qua nhiều loiaj hình dịch vụ khác nhau

Thông tin vệ tinh đã được ứng dụng vào nước ta bắt đầu từ những năm 80 mở ra một

sự phát triển mới của viễn thông Việt Nam Thông tin vệ tinh có nhiều ưu điểm nổi bật là vùng phủ sóng rất rộng, triển khai lắp đặt nhanh và khả năng cung cấp dịch vụ đa dạng cho người sử dụng Nó là phương tiện hữu hiệu nhất để kết nối thông tin liên lạc với các vùng

xa xôi, biên giới, hải đảo nơi mà mạng cố định không thể với tới được, đồng thời thông tin

vẹ tinh nhờ ưu điểm triển khai lắp đặt và thiết lập liên lạc nhanh sẽ là phương tiện liên lạc

cơ động giúp cho việc ứng cứu kịp thời trong các tình huống khẩn cấp

Trước khi có vệ tinh VINASAT-1, Việt Nam đã thuê vệ tinh của các nước khu vực

để phục vụ cho nhu cầu thông tin Vệ tinh VINASAT-1 đưa vào sử dụng đáp ứng ngày càng cao về nhu cầu trao đổi thông tin, giảm chi phí thuê vệ tinh mở ra một bước tiến mới cho viễn thông Việt Nam VINASAT-1 đang vận hành và khai thác tốt, sử dụng gần hết công suất và năm 2012 Việt Nam đã phóng thành công vệ tinh VINASAT-2 và đang được sử dụng

II NGUYÊN LÝ THÔNG TIN VỆ TINH

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 tuyến điện nhận được từ các trạm mặt đất và phát lại sóng vô tuyến điện đến các trạm mặt đất khác.Loại vệ tinh nhân tạo sử dụng cho thông tin vệ tinh như thế gọi là thông tin vệ tinh

Khi di chuyển từ các trạm mặt đất,sự di chuyển của vệ tinh theo quỹ đạo bay ngườ ta chia vệ tinh làm 2 loại :

- Vệ tinh quỹ đạo thấp:là vệ tinh chuyển động liên tục so với mặt đất,thời gian cần thiết cho vệ tinh chuyển động xung quanh quỹ đạo khác với chu kỳ quay của quả đất (loại này dùng 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 Do thời 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 thiết lập được thông tin hầu hết các vùng trên qủa 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

- Cấu hình tổng quát của 1 hệ thống thông tin vệ tinh bao gồm :

+ Một vệ tinh địa tĩnh (trên quỹ đạo)

+ Các trạm mặt đất,các trạm này có thể truy cập đến vệ tinh

+ Đường hướng từ trạm mặt đất phát đến vệ tinh gọi là đường lên, đường vệ tinh đến trạm mặt đất gọi là đường xuống

III

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 giới vượt qua thời gian và không gian:thông tin sóng ngắn, viba, vệ tinh…

- Ưu điểm của thông tin vệ tinh:

+ Vùng phủ sóng rộng.

+ Ổn định cao, chất lượng và khả năng về thông 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 1/3 toàn

bộ bề mặt trái đất Bởi vậy các trạm mặt đất thuộc vùng đó có thể liên lạc với bất kỳ 1 trạm 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 sử dụng của nó tới cực đại gọi là đa truy nhập (đa truy nhập là phương pháp dùng 1 bộ phát đáp trên vệ tinh chung cho nhiều trạm mặt đất)

- Yêu cầu đối với đa truy nhập là không để nhiễu giữa các trạm mặt đất Vì vậy phải phân chia tần số, thời gian không gian của sóng vô tuyến điện để truyền tin, phải phân phối tần 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 (theo quan điểm ghép sóng mang).+ 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 gian truyền trễ là đáng kể ≈ 1 / 4 *S mặc dù tốc độ truyền sóng rất cao 300000km/s

+ Sóng vô tuyến điện bị suy hao và hấp thụ ở tầng điện ly và khí quyển đặc biệt trong mưa Để khắc phục người ta thường chọn khoảng tần số bị suy hao nhỏ nhất (từ 1÷10)Ghz

gọi là khoảng cửa sổ tần số: băng C

PHẦN II TÍNH TOÁN SUY HAO ĐƯỜNG TRUYỀN TUYẾN THÔNG TIN CỦA TRẠM

LES ĐẶT TẠI HẢI PHÒNG

II CƠ SỞ LÝ THUYẾT

1 Đặc điểm khí hậu Việt Nam

Về mặt tự nhiên, nước ta nằm trong vùng nội chí tuyến, kéo dài theo chiều Bắc-Nam,

từ 8o34' N đến 23o 23' N, nằm hoàn toàn trong vành đai nhiệt đới của nửa bán cầu Bắc Ngoài ra, lãnh thổ Việt Nam lại có hình dạng khá đặc biệt, bờ biển từ Bắc xuống Nam uốn khúc theo hình chữ S kéo dài trên 15 vĩ độ, gần trung tâm khu vực Đông Nam Á, vị trí hoạt động mạnh mẽ của các luồng gió mùa Về cơ bản nước ta nhận được một lượng nhiệt của mặt trời rất lớn, nhiệt độ trung bình năm của cả miền Bắc và miền Nam đều từ 21 độ 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 trung bình của nhiều nước khác nằm trong cùng vĩ

độ Mặt khác, do ảnh hưởng của gió mùa nên khí hậu nước ta có sự khác nhau rõ rệt giữa miền Bắc và miền Nam về độ ẩm không khí, sương mù và cường độ cơn mưa… đó là những yếu tố ảnh hưởng lớn đến suy hao đường truyền trong tuyến thông 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 563-4 của CCIR, cho thấy Việt Nam ở vùng phân bố mưa N có các giá trị như sau:

Bảng 1: Số liệu quốc tế về mưa ở Việt Nam

t% là phần trăm thời gian thông tin trung bình năm có cường độ mưa vượt qúa giá trị cường độ mưa tương ứng (R(mm/h))

Tuy nhiên trên thực tế, lượng mưa phân bố ở Việt Nam là rất lớn, mặt khác sự phân

bố này là khác nhau giữa khu vực miền Bắc và miền Nam Do đó, việc khảo sát điều kiện khí hậu thực tế ở Việt Nam để chọn vị trí đặt trạm LES và tính toán suy hao đường truyền tuyến thông tin vệ tinh là rất cần thiết Trên cơ sở đó tính toán thiết kế tầng khuếch đại công suất phù hợp, nhằm tiết kiệm được chi phí nhưng vẫn bảo đảm được độ tin cậy của kênh thông tin Xét về các điều kiện kinh tế và kỹ thuật, trạm LES của Việt Nam có thể đặt ở miền Bắc hoặc miền Nam

2 Đặc điểm khí hậu của miền Bắc (khu vực Hải Phòng):

Bắc Bộ nước ta nói chung và thành phố Hải Phòng nói riêng quanh năm có nhiệt độ tương đối cao và ẩm, nền khí hậu chịu ảnh hưởng từ lục địa Trung Hoa chuyển qua và mang tính chất khí hậu lục địa Trong khi một phần khu vực Duyên hải lại chịu ảnh hưởng tính chất khí hậu cận nhiệt đới ấm và gió mùa ẩm từ đất liền Toàn vùng có khí hậu cận nhiệt đới

ẩm quanh năm với 4 mùa rõ rệt xuân, hạ, thu, đông Đồng thời hàng năm chịu ảnh hưởng của gió mùa đông bắc và gió mùa Đông Nam Nhiệt độ trung bình năm tăng dần từ phía bắc xuống phía nam và có khí hậu giao hoà, là đặc trưng của khu vực đồng bằng Bắc Bộ và ven biển Thời tiết mùa hè từ tháng 5 đến tháng 9 nóng ẩm và mưa cho tới khi gió mùa nổi lên Mùa đông từ tháng 10 tới tháng 4 trời lạnh, khô, có mưa phùn Nhiệt độ trung bình hàng năm khoảng 25độC, lượng mưa trung bình từ 1,700 đến 2,400mm Vào mùa Đông nhiệt độ xuống thấp nhất trong các tháng mười hai và tháng giêng Thời gian này ở khu vực miền núi phía bắc (như Sa Pa, Tam Đảo,Hoàng Liên Sơn) có lúc nhiệt độ còn lúc xuống dưới 0 độ C,

Khí hậu vùng Bắc Bộ cũng thường phải hứng chịu nhiều tác động xấu của thời tiết, trung bình hàng năm có từ 6 đến 10 cơn bão và áp thấp nhiệt đới gây ra lũ lụt, đe dọa trực tiếp đến cuộc sống và ngành nông nghiệp của toàn địa phương trong vùng.

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,

Bảng 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 khu vực Hải Phòng tương đối phức tạp, luôn thay đổi theo mưa, cường độ mưa trung bình lớn hơn số liệu quốc tế phân bố mưa vùng N

3 Lựa chọn vùng vệ tinh để tính toán suy hao đường truyền.

Việt Nam 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 kiện nền kinh tế nước ta còn nghèo, ngành công nghiệp hàng hải chưa mạnh, không thể cùng lúc xây dựng cả hai trạm LES cho hai vùng vệ tinh được Do đó việc lựa chọn vùng vệ tinh cho việc xây dựng trạm LES tại Việt Nam phải căn cứ vào các yếu tố kinh tế, kỹ thuật sao cho chi phí cho việc xây dựng trạm phải rẻ, hiệu quả và thu hút được nhiều thuê bao sau này

Do khoảng cách giữa một trạm mặt đất với một vệ tinh là rất lớn cho nên trong quá trình truyền sóng, vấn đề suy hao đường truyền là một trong những vấn đề quan trọng nhất

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 trên công

suất thu tại điểm cách nơi phát một khoảng R(m) được gọi là suy hao không gian tự do,

được tính theo cộng thức sau:

2

4 Rπ γ

λ

 

=  ÷ Trong đó λ là bước sóng của sóng vô tuyến điện

Ta thấy suy hao trong không gian tự doγ tỷ lệ với bình phương khoảng cách truyền

lan sóng Do đó suy hao không gian tự do sẽ giảm đáng kể khi được cự ly truyền sóng

* Suy hao do sự uốn cong của tia sóng:

Ta thấy tia sóng vô tuyến điện giữa một trạm mặt đất và một vệ tinh về mặt lý thuyết

là một đường thẳng, song thực tế nó bị uốn cong do sự thay đổi chiều cao tầng khúc xạ Sự uốn cong của tia sóng được đánh giá bằng góc uốn và nó phụ thuộc vào góc ngẩng của anten trạm mặt đất, góc ngẩng càng lớn thì góc uốn cong tia sóng càng giảm

Đồ thị dưới đây mô tả sóng vô tuyến bị uốn cong khi đi qua tầng khí quyển:

Hình 3-1: Sóng VTĐ bị uốn cong khi đi qua tầng khí quyển

Ns là tính khúc xạ tạị bề mặt trái đất.

Ns = 315 là giá trị của tầng khí quyển chuẩn

* Suy hao do tia sóng bị phân kỳ:

Do chiều cao khúc xạ của tầng khí quyển biến thiên theo thời gian và hoạt động như một gương lõm cho các tia sóng vô tuyến truyền qua, chúng sẽ bị suy hao do phân kỳ

Suy hao do tán xạ của tầng khí quyển theo góc ngẩng anten biểu diễn bằng đồ thị sau:

Hình 3-2: Suy hao do tán xạ của tầng khí quyển

* Suy hao do khuếch tán:

Tính khúc xạ biến thiên do tầng đối lưu gây ra làm cho sóng vô tuyến điện bị phát đi các hướng khác nhau, kết quả tín hiệu thu bị suy hao Suy hao do hỗn loạn của tầng khí quyển được gọi là suy hao khuếch tán Sự suy hao này phụ thuộc vào góc ngẩng anten Góc

ngẩng anten càng lớn thì suy hao càng nhỏ và biểu thị dưới Hình 3-3.

Thực nghiệm cho thấy giá trị suy hao do tính chất tán xạ và khuếch tán của tầng khí quyển đối với các tia sóng, phụ thuộc vào góc ngẩng anten Do vậy, nếu góc ngẩng anten càng lớn thì suy hao càng nhỏ dẫn đến công suất phát giảm, tín hiệu thu được lớn hơn.

thuộc vào góc ngẩng anten

Da: là đường kính anten

Ngoài các loại suy hao kể trên, tuyến thông tin vệ tinh còn chịu ảnh hưởng của nhiều loại suy hao khác nữa, như suy hao do mưa, sương mù…nhưng các loại suy hao này không phụ thuộc nhiều vào việc lựa chọn vùng vệ tinh

Từ những lý do trên ta nhận thấy nếu chọn vùng vệ tinh thích hợp ta sẽ rút ngắn được

cự ly truyền, giảm nhỏ được một số loại suy hao do đó sẽ tiết kiệm được công suất phát Quan sát vào khu vực phủ sóng của vệ tinh INMARSAT ta thấy vùng biển các nước Đông 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 liên lạc chọn vùng Ấn Độ Dương sẽ rút ngắn được đường truyền

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 Khả năng thu hút thuê bao phụ thuộc vào nhiều yếu tố nhưng một trong yếu tố quan trọng đầu tiên là phải chọn được vùng vệ tinh bao phủ thích hợp, có mật độ hoạt động tầu bè lớn, có nhiều tuyến đường hàng hải quan trọng

Vệ tinh Ấn Độ Dương IOR bao phủ toàn bộ vùng biển Ấn Độ Dương, một phần Thái Bình Dương 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 Á và vùng biển của các nước thuộc khối EU Nằm trong vùng bao phủ của vệ tinh này, có những tuyến hàng hải quan trọng trên thế giới, với mật độ tàu bè qua lại dày đặc:

- Từ cảng Singapore là một trung tâm trung chuyển và cung ứng lớn nhất thế giới có các tuyến hàng quan trọng đi Hồng Kông, Nam triều tiên, Nhật Bản, đi các nước Châu Âu, các nước Nam Á và Đông Nam Châu Á,…

- Vùng biển Địa Trung Hải, biển Ban tích và kênh đào Suê là những vùng biển có mật độ tàu bè dày đặc phục vụ việc trao đổi buôn bán và thương mại giữa các nước trong khối 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 hoá và buôn bán trong châu lục và giữa châu lục với các nước khác trên thế giới

So sánh với các vùng biển nằm trong vùng bao phủ của vệ tinh POR ta thấy trạm LES của

vệ tinh IOR sẽ có khả năng thu hút thuê bao lớn hơn rất nhiều so với vệ tinh POR

Qua phân tích các cơ sở kinh tế kỹ thuật để lựa chọn vùng vệt inh cho một trạm LES tại Việt Nam, ta thấy chọn vùng vệ tinh IOR là tối ưu hơn cả

4 Cơ sở chọn vị trí đặt trạm LES tại Hải Phòng.

4.1 Cơ sở chung.

4.1.1 Điều kiện địa lý.

Đây là một trong những yếu tố quan trọng nhất luôn được quan tâm trong suốt quá trình lựa chọn vị trí

Vị trí đặt trạm thường được xác định sao cho góc ngẩng anten trên khu vực mặt nghiêng 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 định trong phạm vi quan sát của cung địa tĩnh

Vị trí đặt trạm thường được xác định sao cho khoảng cách giữa trạm mặt đất với trung tâm chuyển mạch là tối thiểu Do đó sẽ giảm được một số bộ chuyển tiếp sóng viba mặt 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 với trung tâm kinh tế để thu hút thuê bao nhằm mục đích giảm cước phí và tối thiểu yêu cầu vận chuyển

4.1.2 Yếu tố địa chấn.

Mặt đất phải có khả năng chịu tải đối với việc xây dựng và lắp đặt anten trạm mặt đất 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 khoan thăm dò, từ những vị tríkhoan đó người ta phân tích tững loại đất, đá nằm bên dưới tại các vị trí có độ sâu khác nhau Từ đó người ta xác định được lượng sunfat trong đất và mạch nước ngầm bên 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

4.1.3 Nhân tố nhiễu.

Nhiễu có thể sinh ra từ những tuyến thông tin liên lạc khác nhau, như Radar hoặc nhiễu từ trạm mặt đất với các dịch vụ thông tin khác, đặc biệt là thiết lập sóng viba mặt đất hoạt động trong cùng dải tần

Để giảm tối thiểu khả năng nhiễu RF tới trạm LES thì đường dẫn nên được xem xét như sau:

- Mục tiêu đầu tiên phải tối thiểu hoá khả năng nhiễu RF thông qua việc lựa chọn khu vực địa lý, tự nhiên thích hợp

- Nhiễu tạp âm của sóng viba từ đường cao thế có thẻ là không đáng kể vì mức của

nó rất thấp, trừ trường hợp nơi mà điện áp cao thế có điẹn áp từ vài trăm KV trở lên

Do vậy để phòng ngừa tạp âm nhiêu từ viba, trạm mặt đất nên xây dựng cách xa đường cao thế khoảng vài trăm mét

- Sự hoạt động của các tuyến hàng không trong vùng lân cân của trạm LES có thể sinh ra nhiễu thông qua hoặc là một phần của búp sóng anten hoặc là từ Radar phát xạ tác động lên máy bay và sau đó phản xạ lại anten trạm mặt đất Do vậy vị trí đặt anten phải tránh đường giao thoa của các đường truyền vệ tinh với đường hạ cánh của máy bay

4.1.4 Nhân tố môi trường

Để đảm bảo thiết kế trạm mặt đất thích hợp nhất thì điều kiện khí hậu có ảnh hưởng rất lớn như: tốc độ gió, áp thấp nhiệt đới, bão, lốc ảnh hưởng rất lớn tới kết cấu của anten

trạm mặt đất Ngoài ra lượng mưa, cường độ mưa và độ ẩm ảnh hưởng rất lớn tới suy hao đường truyền, những ảnh hưởng này sẽ liên quan đến giá thành lắp đặt trạm LES.

4.1.5 Trắc địa vị trí

Mỗi vị trí phải được khảo sát chi tiết thông qua khu vực trắc địa để sao cho vị trí đặt trạm có cơ sở hạ tầng thuận lợi, không ảnh hưởng đến điều kiện đường truyền và tuyến đường truyền vệ tinh, và đảm bảo để góc ngẩng và góc phương vị của anten không bị che khuất so với đường chân trời một góc >5 độ

4.2 Lựa chọn vị trí đặt trạm LES tại Hải Phòng

Như ta đã biết mưa và độ ẩm không khí ảnh hưởng rất lớn tới suy hao đường truyền

Do vậy vị trí đặt trạm LES phải lựa chọn sao cho những ảnh hưởng của mây, mưa, bão gió

là ít nhất Góc ngẩng anten lớn nhất và cự ly truyền là nhỏ nhất

Mặt khác thời tiết của khu vực Hải Phòng biến đổi rất phức tạp, hàng năm khu vực này bị ảnh hưởng rất lớn của các đợt gió mùa Đông Bắc và các cơn áp thấp nhiệt đới và bão, lốc vàp mùa hè gây lên có cường độ rất lớn ảnh hưởng đáng kể đến độ tin cậy của tuyến thông tin vệ tinh

5 Tính toán suy hao đường truyền trên tuyến thông tin vệ tinh

Việc tính toán suy hao đường truyền trên tuyến thông tin vệ tinh INMARSAT C sẽ giúp cho việc xác định chính xác các thông số kỹ thuật của trạm LES của Việt Nam

- Những vấn đề liên quan đến suy hao đường truyền:

Một tuyến thông tin vệ tinh bao gồm đường truyền sóng từ anten của trạm phát đến

vệ tinh (tuyến lên) và từ vệ tinh đến anten thu của trạm mặt đất (tuyến xuống)

Với vệ tinh địa tĩnh bay ở độ cao 35788km, cự ly thông tin từ một trạm LES đến vệ tinh cho một tuyến lên hay tuyến xuống gần nhất là 35788km Khi anten chiếu thẳng vào vệ tinh với góc ngẩng cực đại bẳng 0

90 , xa nhất là 41679km khi góc ngẩng của anten hướng vào vệ tinh gần như theo phương nằm ngang với góc ngẩng nhỏ nhất cho phép là 0

5

Do cự ly truyền sóng trong thông tin vệ tinh lớn như vậy nên suy hao lớn nhất trong tuyến là suy hao không gian tự do Do sóng khi bức xạ từ anten phát sẽ phát đi theo mọi hướng khi dùng anten vô hướng với giả thiết môi trường là chân không toàn bộ, từ (3-1) ta biến đổi và có suy hao không gian tự do được tính bằng:

td

Trong đó: L td suy hao trong không gian tự do (dB)

S là chiều dài tuyến lên hay tuyến xuống (km)

f là tần số công tác

Ngoài suy hao chính là suy hao không gian tự do còn có các loại suy hao khác tuy không lớn nhưng nếu khi tính toán tuyến thông tin vệ tinh mà chúng ta không xét hết khả năng xấu nhất do ảnh hưởng của môi trường truyền sóng thì khi xảy ra các hiện tượng đó thì chất lượng thông tin sẽ xấu đi Các loại suy hao đó gồm:

* Suy hao do các chất khí có trong tầng đối lưu Tầng đối lưu là lớp khí quyển nằm sát mặt đất (cách 10km) gồm các chất khí như H2O, O2 ,O3 ,CO2 Các chất này sẽ hấp thụ sóng và gây ra suy hao Suy hao này phụ thuộc vào tần số và góc ngẩng của anten Anten có góc ngẩng càng lớn thì suy hao tầng đối lưu càng nhỏ

* Suy hao do tầng điện ly tầng điện ly là lớp khí quyển nằm ở độ cao 60-500km, do

bị ion hoá mạnh nên lớp khí quyển ở độ cao này bao gồm chủ yếu là các điện tử tự do gồm các ion âm và dương nên gọi là tầng điện ly Sự hấp thụ sóng trong tầng điện ly giảm khi tần

số tăng Ở tần số từ 0.6-6GHz hấp thụ trong tầng đối lưu là rất nhỏ

* Suy hao trong các điều kiện thời tiết xảy ra trong tầng đối lưu như mây, mưa, tuyết, sương mù Suy hao này phụ thuộc vào nhiều yếu tố như cường độ mưa hay sương mù, vào tần số, vào chiều dài quãng đường đi của sóng trong mưa, chiều dài này phụ thuộc vào góc ngẩng anten.

Sự phụ thuộc suy hao sóng do các chất khí, mưa và sương mù trong tầng đối lưu vào góc ngẩng của anten băng C (6/4GHz)

Khi góc ngẩng của anten tăng, suy hao nói chung sẽ giảm

Suy hao trong các chất khí rất nhỏ, có thể bỏ qua

Suy hao thực tế phụ thuộc vào góc ngẩng anten, độ cao anten so với mực nước biển, chiều cao cơn mưa và sương mù mà đoạn đường đi thực tếcủa sóng qua vùng đó là khác nhau Từ đó, suy hao tổng trên toàn bộ chiều dài đoạn đường đi sẽ được tính theo công thức sau:

* Suy hao do Phiđơ thu, phát LFTx, LRTx

+ Suy hao do phiđơ giữa máy phát và anten LFTx : là sự suy hao tạo nên bởi các phiđơ dẫn song và các đầu nối

+ Suy hao do phiđơ giữa máy thu và anten LRTx: là suy hao tạo nên bởi các phiđơ dẫn sóng và các đầu nối

- Suy hao do ăngten thu phát lệch nhau

Khi anten thu và phát lệch nhau thì sẽ tạo ra suy hao, vì búp chính của anten thu không đúng hướng với chùm tia phát xạ của anten phát Ta biểu diễn hai loại suy hao đó

như sau:

Trong đó : α T là độ

lệch hướng của anten phát

α R là độ lệch hướng của anten thu.

θ3dB là độ rộng búp sóng anten tính ở mức 3dB

* Suy hao do thu không đúng phân cực

Loại suy hao này cũng không thể bỏ qua khi anten thu không đúng hướng phát cùng với phân cực sóng mang thu Đối với sóng điện từ phát đi được phân cực tròn thì chỉ trên trục bức xạ của anten phát mới có phân cực tròn, ngoài trục bức xạ phân cực bị biến dạng thành elíp, ngoài ra khi truyền trong môi trường phân cực bị biến đổi do mưa

( ) ( )

α θ

α θ

Nếu gọi góc γ là góc giữa hai mặt sóng thì suy hao do lệch phân cực được biểu diễn như

sau:

20*lg( os )

POL

Thực tế thì thường lấy: LPOL = 3dB đối với phân cực tròn

II TÍNH TOÁN CHI TIẾT

1 Tính toán suy hao đường truyền trên tuyến thông tin vệ tinh của một trạm LES

đặt tại Tp Hải Phòng

Một trạm LES đặt tại Tp Hải Phòng có vĩ độ ϕ= 20,8oN và kinh độ λ= 106,5o E thông tin với vệ tinh địa tĩnh INMASAT IOR có kinh độ 64,5o Xác định suy hao ở tuyến lên khi công tác ở băng C với tần số tuyến lên là 6 Ghz, ta phải đi tính các loại suy hao sau:

Tính toán suy hao không gian tự do:

- Tính chiều dài tuyến lên S:

1.1 Tính suy hao trong tầng đối lưu

Suy hao trong tầng đối lưu ở tần số 6 Ghz cho đoạn đường tuyến sóng đi qua là 1Km tính tại mực nước biển, ta có :

-Suy hao chất khí : Y k =0,01dB Km/

-Độ dài sóng truyền trong tầng đối lưu, ở khu vực có nhiệt độ cao, tầng đối lưu là

10Km tính từ mực nước biển, với độ cao anten chọn là 13m, góc ngẩng370

Từ đó ta có đoạn đường sóng đi trong tầng đối lưu là:

0

(10 0.013)

16.59( )sin 37

dl

(2)

Vậy suy hao trong các chất khí tầng đối lưu là: 16,59 * 0,01 = 0,166 (dB).

Suy hao trong sương mù với độ dầy 0,1 g/m3 có thể bỏ qua

1.2 Suy hao trong mưa

Suy hao trong mưa là một trong những suy hao ảnh hưởng lớn đến tuyến thông tin vệ tinh, để tính suy hao trong mưa một cách chính xác ta phải tính qua các bước sau:

* Tính độ cao ảnh hưởng của mưa h r

Trong đó:L m là độ dài đường truyền trong mưa

h a là độ cao của anten so với mặt nước biển

Chọn: h a =13m

* Tính chiều dài vùng mưa trên mặt đất L g

Dựa vào hình trên ta có :

Tra bảng 1 rep 721-3 CCIR ở tần số 6Ghz ta có :

k h =0,00258 k v =0,00235

α =h 1,335 α =v 1,313

Vậy suy hao trong mưa cho 1Km tuyến lên được tính bằng công thức:

Y r km1 =k*(R0,01)α( )Km (6)

Trong đó: Y r km1 hệ số suy hao mưa cho 1Km

Áp dụng công thức tính cho phân cực tròn ở tần số như sau:

2

h

[k v ( h v)* os ]/2

k = + +k k −k c E Thay số và tính được : k = 0,002538

Tương tự với hệ số α tính như sau:

α =[k *h αh +k v*αv+( *k h αh −k v* )* os ]/2kαv c 2E

Thay số vào ta được: α = 1,331

* Tính hệ số suy hao mưa đặc trưng cho 1 km theo số liệu về cường độ mưa ở Tp Hải Phòng như sau

Thay số vào biểu thức (6) ta được:

Vậy suy hao do mưa của tuyến lên là: 5,122(dB).

Vậy tổng suy hao toàn tuyến lên của trạm LES đặt tại Hải Phòng:

Việc tính toán suy hao tại vị trí này sẽ cho biết mức năng lượng dự trữ cần thiết cho

vệ tinh để truyền thông tin đạt chất lượng tốt trong điều kiện chịu các tác động của các loại suy hao đường truyền

Kết luận: Do đặc điểm khí hậu không thuận lợi của khu vực Hải Phòng biến đổi rất

phức tạp, hàng năm khu vực này bị ảnh hưởng rất lớn của các đợt gió mùa Đông Bắc và các cơn áp thấp nhiệt đới và bão vào mùa hè gây nên mưa có cường độ rất lớn ảnh hưởng đáng

kể đến độ tin cậy của tuyến thông tin vệ tinh nên có lượng suy hao đường truyền trên các tuyến là tương đối cao Như vậy trên thực tế xét về mặt kỹ thuật thì việc xây dựng một trạm LES đặt tại Hải Phòng không phù hợp được bằng các khu vực có khí hậu ổn định hơn như khu vực miền Nam