BÁO cáo BTL THÔNG TIN vệ TINH hệ thống thông tin vệ tinh quỹ đạo vệ tinh

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN ĐIỆN TỬ VIỄN THƠNG
----------

BÁO CÁO BTL: THƠNG TIN VỆ TINH
Giáo viên mơn học: Thầy Lâm Hồng Thạch
Lớp: SIE-LUH16
Nhóm sinh viên thực hiện: Nhóm 1

.

1. Trần Đức Phương

20175957

2. Nguyễn Tiến Toàn

20175962

3. Nguyễn Ngọc Tiến

20175960

4. Hoàng Trung Đức

20175932

5. Hoàng Tuấn Dương

20175937

Mục Lục

Phân công công việc :........................................................................................................1
CHƯƠNG 1. Hệ thống thông tin vệ tinh.........................................................................2
1. Khái niệm cơ bản về hệ thống thông tin vệ tinh........................................................2
2. Sơ lược về lịch sử phát triển.......................................................................................2
3. Đặc điểm của TTVT (ưu, nhược điểm)......................................................................3
CHƯƠNG 2. Quỹ đạo vệ tinh..........................................................................................3
1. Một số khái niệm và thuật ngữ cơ bản.......................................................................3
2. Cơ sở xây dựng quỹ đạo vệ tinh.................................................................................3
2.1. Ba định luật Newton...............................................................................................4
2.2. Ba định luật của Kepler..........................................................................................4
3. Một số dạng quỹ đạo vệ tinh........................................................................................5
3.1. Quỹ đạo địa tĩnh.....................................................................................................5
3.2. Quỹ đạo phi địa tĩnh...............................................................................................6
4. Bài tập........................................................................................................................6
CHƯƠNG 3: Cấu trúc hệ thống thông tin vệ tinh........................................................13
1. Phần không gian.......................................................................................................13
2. Phần mặt đất...............................................................................................................15
CHƯƠNG 4: Thiết kế tuyến thông tin vệ tinh..............................................................17
4.1. Các tham số cơ bản của tuyến liên lạc thông tin vệ tinh.........................................17
4.2. Ảnh hưởng của tầng khí quyển đến kênh truyền.....................................................20
4.3. Tổng kết...................................................................................................................22
4.4. Bài tập......................................................................................................................23
Chương 5 :Đa truy nhập.................................................................................................31
1. Đa truy nhập là gì?......................................................................................................31
2. Vì sao cần sử dụng kỹ thuật đa truy nhập trong hệ thống thông tin vệ tinh?.............31
3. Phân cực sóng điện từ.................................................................................................31
4. Các phương pháp, kĩ thuật đa truy nhập?...................................................................31

4.1. FDMA và TDMA.................................................................................................31


4.2. CDMA..................................................................................................................31
Chương 6. Tín hiệu và điều chế......................................................................................34
1. Tín hiệu.......................................................................................................................34
1.1. Tín hiệu là gì ?......................................................................................................34
1.2. Tín hiệu băng tần gốc là gì ?................................................................................34
1.3. Tín hiệu tương tự là gì ?.......................................................................................34
1.4. Tín hiệu số là gì ?.................................................................................................34
2. Điều chế......................................................................................................................35
2.1. Điều chế là gì ?.....................................................................................................35
2.2. Tại sao cần điều chế ?...........................................................................................35
2.3. Các cách thức điều chế tín hiệu số:......................................................................35
2.4. Cách thức điều chế trong thông tin vệ tinh:.........................................................37
Chương 7. Giới thiệu các hệ thống vệ tinh trên thế giới..............................................38
1. Hê thống vệ tinh VSAT..............................................................................................38
2. Hệ thống vệ tinh viễn thám........................................................................................39
3. Hệ thống định vị tồn cầu..........................................................................................40
4. Hệ thống thơng tin di động vệ tinh GSM.................................................................44
Chương 8. Mở rộng.........................................................................................................45
TÌM HIỂU HỆ THỐNG IP VSAT.................................................................................45
1. Tổng quan về mạng VSAT – IP.................................................................................45
2. Cấu trúc của hệ thống VSAT IP.................................................................................46
3. Trạm cổng (Gateway).................................................................................................48
4. Ưu, nhược điểm của hệ thống iP STAR.....................................................................50
4.1. Ưu điểm................................................................................................................50
4.2. Nhược điểm..........................................................................................................50
5. CÁC DỊCH VỤ CỦA IP-VSAT.................................................................................51
5.1. Dịch vụ truy nhập Internet băng rộng...................................................................51

5.2. Dịch vụ thoại VoIP và Fax...................................................................................51


Phân cơng cơng việc :
Chương 1 + 2 : Hồng Trung Đức
Chương 3 : Hoàng Tuấn Dương
Chương 4 : Trần Đức Phương
Chương 5 : Nguyễn Ngọc Tiến
Chương 6 + 7 : Nguyễn Tiến Tồn
Chương 8: Cả nhóm

1


CHƯƠNG 1. Hệ thống thông tin vệ tinh
1. Khái niệm cơ bản về hệ thống thông tin vệ tinh
- Vệ tinh: là những vật thể do con người làm ra bay xung quanh Trái Đất, luôn cân
bằng bởi hai lực đối ngược nhau là lực ly tâm và lực hút của Trái Đất.
- Hệ thống thông tin vệ tinh: là hệ thống truyền và nhận các thông tin khác nhau như
thoại, dữ liệu, hình ảnh giữa các điểm, các vùng trên mặt đất một cách gián tiếp
qua vệ tinh.

2. Sơ lược về lịch sử phát triển
- 10/1957: Liên Bang Xô Viết là nước đầu tiên phóng thành cơng vệ tinh nhân tạo
Sputnik. Mở ra kỷ nguyên mới sử dụng không gian vũ trụ phục vụ con người.
- 14/8/2008: VINASAT1 là vệ tinh viễn thông địa tĩnh đầu tiên của Việt Nam được
phóng. VINASAT2 được phóng vào ngày 16/5/2012.

3. Đặc điểm của TTVT (ưu, nhược điểm)
- Ưu điểm :

+ Phủ sóng rất rộng, khoảng 40% bề mặt TĐ.
+ Làm việc ổn định 24/7.
+ Đa truy nhập.
+ Truyền tín hiệu trên tồn Trái Đất.
+ Băng thông rộng.

- Nhược điểm :

+ Giới hạn quỹ đạo (VD: quỹ đạo địa tĩnh).
+ Trễ lớn, suy hao truyền sóng lớn.

2


CHƯƠNG 2. Quỹ đạo vệ tinh
1. Một số khái niệm và thuật ngữ cơ bản
- Quỹ đạo của vệ tinh: là hành trình trong khơng gian mà vệ tinh bay hết một vòng
xung quanh Trái Đất.
- Chu kỳ bay: là thời gian mà vệ tinh bay hết một vòng xung quanh Trái Đất.
- Mặt phẳng quỹ đạo: mặt phẳng chứa quỹ đạo của vệ tinh.
- Góc ngẩng (Elevation): Là góc giữa đường nối từ Vệ tinh đến trạm mặt đất và hình
chiếu của nó trên mp tiếp tuyến.
- Góc phương vị (Azimuth): góc hợp bởi hình chiếu của vệ tinh trên mặt phẳng nằm
ngang và đường hướng lên cực Bắc Trái Đất.

2. Cơ sở xây dựng quỹ đạo vệ tinh
- Dựa vào 3 định luật Newton và 3 định luật Kepler.
2.1. Ba định luật Newton
a) Định luật Newton thứ 1: “Mọi vật vẫn giữ nguyên trạng thái nghỉ và chuyển động

thẳng đều nếu khơng có lực nào tác động hoặc F = 0.

∑ F=0
b) Định luật Newton thứ 2: “Đạo hàm của động lượng của chất điểm theo thời gian
tỉ lệ với lực tác dụng.”
2

d r
F=m 2 =mr
dt

c) Định luật Newton thứ 3: “Trong mọi trường hợp, khi vật A tác dụng lên vật B
một lực, thì vật B cũng tác dụng lại vật A một lực. Hai lực này có cùng giá trị,
cùng độ lớn, nhưng ngược chiều.”
→

→

F AB̿ ¿ F BA

2.2. Ba định luật của Kepler
a) Định luật Kepler thứ 1: “Vệ tinh bay xung quanh Trái Đất theo quỹ đạo Elip
nhận Trái Đất là một trong 2 tiêu điểm của elip.”
3


- Biểu thức: Độ lệch tâm e được xác định:
2
2
a −b

√
e=

a

Trong đó:
+) a là bán trục lớn (trục chính) của elip.
+) b là bán trục bé (trục phụ) của elip.
b) Định luật Kepler thứ 2: “Vệ tinh chuyển động theo một quỹ đạo với vận tốc thay
đổi sao cho đường nối từ vệ tinh tới tâm Trái Đất quét những vùng có diện tích
bằng nhau trong những khoảng thời gian bằng nhau.”
 Với T 1=T 2 thì S 1=S2 .

c) Định luật Kepler thứ 3: “Bình phương của chu kỳ quỹ đạo vệ tinh tỉ lệ thuận với
lũy thừa bậc ba của bán trục lớn của quỹ đạo Elip.”

√

a3
T =2 π
µ

3. Một số dạng quỹ đạo vệ tinh
3.1. Quỹ đạo địa tĩnh
 Quỹ đạo thỏa mãn các điều kiện sau:
- Là quỹ đạo tròn, Mặt phẳng quỹ đạo vệ tinh nằm trong mặt phẳng xích đạo của
Trái Đất.
- Bán kính quỹ đạo: xấp xỉ 42164 km, độ cao của vệ tinh: 35786 km.
4

- Chu kỳ bay của vệ tinh bằng chu kỳ quay của Trái đất.
 Ưu điểm:
- Đảm bảo cho thông tin ổn định và liên tục suốt 24/24.
- Vùng phủ sóng của vệ tinh rất lớn.
- Các trạm mặt đất ở xa có thể liên lạc trực tiếp. Hệ thống gồm 3 vệ tinh có thể phủ
sóng gần hết trái đất.
 Nhược điểm:
- Thiết bị thường có giá thành cao.
- Khơng phủ sóng được những vùng có vĩ độ cao hơn 81,3 độ.
- Tính bảo mật khơng cao. Suy hao truyền sóng lớn.
3.2. Quỹ đạo phi địa tĩnh
 Quỹ đạo thỏa mãn các điều kiện sau:
- Vệ tinh chuyển động liên tục so với mặt đất và chu kỳ quanh khác với chu kỳ
quanh của Trái Đất.
- Mặt phẳng quỹ đạo nghiêng 63 độ 26 phút so với mặt phẳng xích đạo.
 Ưu điểm: Có thể phủ sóng các vùng có vĩ độ cao hơn 81,3 độ, kể cả 2 chỏm cầu.
 Nhược điểm:
- Mỗi trạm phải có ít nhất 2 anten.
- Để đảm bảo liên tục trong 24/7 thì cần nhiều vệ tinh.

4. Bài tập
Phần I: Quỹ đạo tròn
1. Tính diện tích vùng phủ sóng của vệ tinh địa tĩnh.
- Phương pháp: Kẻ 2 tiếp tuyến từ vệ tinh đến bề mặt TĐ, từ chân t 2 ta được vùng
phủ sóng.

5

- Với giá trị a = Bán kính TĐ = 6378 km, r = 42164 km
a

+ Góc φ =arccos r = 81,3o (Vĩ độ cao nhất mà VTĐT phủ sóng được)
+ Tính h1 =cosφ . a ≈ 965 km ⇒ h=a−h1
+ Diện tích bề mặt Trái Đất S: s=4 π . a2
+ Diện tích chỏm cầu S’: S' =2 π . h . a
- Vậy % diện tích phủ sóng của vệ tinh địa tĩnh tới bề mặt TĐ:
'
2 π . h . a h a−h1 6378−965
S
= =
=
=42,43 ( % )
=
2
2a
2a
2.6378
S
4 π .a

2. Tính vận tốc chuyển động (vận tốc dài) của 1 VT địa tĩnh.
- Phương pháp: Dựa vào tốc độ góc Trái đất.
- Vệ tinh ở độ cao h = 42164km , BK trái đất a = 6378km.
+ Do VTĐT đứng yên so với Trái đất:
⇒ Tốc độ góc VTĐT = Tốc độ góc Trái đất.
2π
2π
π

Rad
⇒ ꞷ = T (24 h) = 24.3600 = 43200 ( s )

+ Coi quỹ đạo vệ tinh là đường trịn có tâm của Trái đất:
⇒ Rquỹ đạo =h+a=¿ 42164 + 6378 = 48542.103 ¿m)
⇒ Tốc độ dài: V = ꞷ. Rquỹ đạo = 3530 (m/s)
6


3.
a) Tính khoảng cách
 Từ vệ tinh địa tĩnh VINASAT-1 (132°E) đến trạm mặt đất tại Hà Nội (21°N,
106°E), HCM (10°N, 106°E).
- Phương pháp: Áp dụng công thức.
d= √(a+ h) +a −2 a ( a+h ) . cos l E . cos ⁡( L E−LS )
2

2

⇒d HN = √ 421642 +63782−2.6378 .42164 . cos 21 ° . cos ⁡(106 °−132 °)
= 36975,4 km
⇒d HCM = √ 421642 +63782−2.6378 .42164 . cos 10 ° .cos ⁡(106 °−132 °)
= 36639 km

Tính khoảng cách xa nhất mà VTĐT có thể phủ sóng

- Phương pháp: Là đường thẳng từ vệ tinh đến vị trí tiếp tuyến với bề mặt
Trái đất. Khi đó ta được 1 tam giác vuông.

Rmax =√ 42164 2−63782 ≈ 41679( km)

b) Tính góc ngẩng của anten trạm mặt đất tại Hà Nội (21°N, 106°E) đến vệ tinh địa
tĩnh VINASAT-1.
- Góc ngẩng θ: Là góc giữa đường nối từ Vệ tinh đến trạm mặt đất và hình chiếu của
nó trên mp tiếp tuyến.
7


- Phương pháp: Áp dụng công thức.
cos φ=cosl. cosL=cos 21 ° .cos (106 ° −132° )=0,839

⇒ sinφ = √ 1−¿ ¿ ¿
cos θ=

√

sinφ
1+

( a+ha ) −2.( a+ha ). cosφ = 0,620
2

⇒θ = 51,68°
c) Tính thời gian trễ tín hiệu
 Từ trạm mặt đất HN lên vệ tinh VINASAT-1:
2d

( km)

2.36975

HN
T = c(km) = 30000 =0,2465(s)

 Từ trạm mặt đất HN qua truyền hình vệ tinh từ HCM.
T=

d HCM ( km ) +d HN (km) 36639+36975
=
= 0,245(s)
c(km)
30000

Tính thời gian trễ ngắn nhất giữa trạm mặt đất và vệ tinh
T min =

2. hđộ cao ( km)
2.35786
=¿
= 0,239(s)
30000
c (km)

Phần II: Quỹ đạo Elip

8


4. Tính chu kỳ quỹ đạo của vệ tinh phi ĐT
- Phương pháp: Dựa vào công thức đinh luật Kepler thứ 3.
T =2 π

√

3

a
µ

+) a là bán kính trục lớn tính từ tâm Trái Đất đến vệ tinh.
+) µ là hng s Kepler: à = 3,986005ì1014 m3 /sec 2 .
5. Xác định vị trí vệ tinh trên quỹ đạo tại thời điểm t, biết thời điểm vệ tinh qua cận
điểm t p
 Phương pháp:

- Vẽ đường tròn ( C , a ) ngoại tiếp với Elip
⇒ Độ dài cung PS = M = v g ( t−t p ) (rad)
v g : Vậntốc góc TB của vệ tinh, xác định theo đl 3 Kepler

- Xác định góc E: M = E – e.sin(E) (rad)
-

Tọa độ vệ tinh: r o = a[ 1−e . cos ( E ) ] ; ɸO =arccos
x 0=r 0 cos ɸ0 và y 0=r 0 sin ɸ 0

9

[

a ( 1−e2 )−r 0
e .r 0

]


 VD thức tế:
1. VD1: Quỹ đạo hình elip
Cận điểm, độ cao hp = 1000km (khoảng cách từ bề mặt TĐ đến cận điểm)
Viễn điểm, độ cao ha = 4000km
Xác định: - Chu kì vệ tinh.
- Độ lệch tâm.
Giải

{

h =r −R=a ( 1+e )−6400

- Có h a=r a−R=a ( 1−e )−6400
p
p
Trong đó: r a , r p là khoảng cách từ tâm trái đất đến viễn điểm và cực điểm.
- Từ hệ phương trình giải ra a = 8900 km, e = 0.17.
⇒T =2 π √ a /µ ≈ 2,3 giờ.
3

2. VD2: Một vệ tinh quỹ đạo elip với các thông số sau a = 22164km ; e = 0.02
Xác định vị trí của vệ tinh trên quỹ đạo sau 5 giờ khi đi qua cận điểm.

- Vì độ lệch tâm e =0.02 rất nhỏ suy ra coi như chuyển động tròn.
- Chu kỳ vệ tinh: T = 2 π √ a3 /μ = 9.12h
2π

- Vận tốc góc trung bình vg = T = 1.913.10−4 rad/s
10


- Độ dài cung PS = M = v g ( t−t p ) = v g (5×3600)= 3.4434 rad/s
- Góc E : M = E – esin(E)
⇒ E = 3.43757 rad
- Ta có: r o = a[ 1−e . cos ( E ) ] = 22588 km.
2
a ( 1−e )−r 0
ɸ
=arccos
- O
= 2.85 rad.

{

[

e .r 0

]

x =r cos ɸ =21634.5

⇒ y0 =r0 sin ɸ0 =6493.5
0
0
0

⇒Thuộc góc phần tư thứ 2.

11


CHƯƠNG 3: Cấu trúc hệ thống thơng tin vệ tinh

Hình 3.1. Cấu trúc tổng quát của một hệ thống thông tin vệ tinh
Một hệ thống thông tin sẽ bao gồm 2 phần cơ bản là phần thu và phần phát. Tuy nhiên
hệ thống thơng tin vệ tinh sẽ có thêm 1 phần trung gian ở giữa, đó chính là phần vệ tinh
trên không gian.
Kiến trúc tổng quát một hệ thống thông tin vệ tinh bao gồm: phần không gian và phần
mặt đất cùng với 2 đường truyền: đường lên(up link) và đường xuống(down link) tạo
thành một vịng tuần hồn.Phần khơng gian bao gồm vệ tinh và các trạm điều khiển vệ
tinh.Phần mặt đất gồm các trạm phát và thu vệ tinh.

1. Phần không gian 
Phần không gian bao gồm vệ tinh cùng các thiết bị đặt trong vệ tinh để kiểm tra theo dõi
và điều khiển hành trình của vệ tinh(cả hệ thống bám đo đạc và điều khiển).
Bản thân vệ tinh gồm 2 phần: Phần tải(Payload) và phần thân nền vệ tinh(Platform).
Trong hệ thống thông tin vệ tinh, vệ tinh đóng vai trị như một trạm chuyển tiếp với chức
năng của một trạm lặp (Repeater). Vệ tinh thu tín hiệu từ các trạm mặt đất phát, xử lý,
biến đổi sang tần số khác và khuếch đại lên một công suất yêu cầu rồi phát lại xuống trạm
mặt đất thu.
12


 Phần tải (Payload)
Phần tải bao gồm các hệ thống anten thu/phát và các thiết bị phục vụ cho việc truyền

dẫn, xử lí tín hiệu qua vệ tinh.
Trong mỗi vệ tinh được đặt một số bộ phát đáp (transponder) để thu tín hiệu từ tuyến
lên, biến đổi tần số, khuếch đại cơng suất và truyền trở lại trên tuyến xuống.
Tín hiệu được thu từ tuyến lên vào anten và qua lọc thông dải BPF (Band Pass Filter) sẽ
tới bộ khuếch đại tạp âm thấp LNA. Sau bộ LNA, tín hiệu đưa vào bộ hạ tần (trộn tần với
bộ dao động nội LO - Local Oscillator ) để đổi cố định cho toàn băng tương ứng với băng
tần tuyến xuống. Đầu ra sẽ được lọc và được tiền khuếch đại công suất P.PA. Sau đó tín
hiệu tách ra tương ứng với băng thơng mỗi bộ phát đáp khác nhau, trong đó sẽ thực hiện
lọc, bù tổn hao và khuếch đại công suất tương ứng. 

Hình 3.2. Sơ đồ khối chức năng của bộ phát đáp đơn giản
Chức năng của phân hệ thông tin: 


Thu tín hiệu từ các trạm mặt đất.



Lọc, hạn chế tối đa nhiễu từ các hệ thống vô tuyến khác.

13




Khuếch đại sóng mang thu được trong khi hạn chế tối đa tạp âm và méo. Cung cấp
công suất đủ lớn trong băng tần xác định tại đầu vào anten phát của vệ tinh.



Đổi dải tần tuyến lên thành tuyến xuống.



Bức xạ sóng mang trong băng tần xác định tới vùng phủ sóng của vệ tinh.

 Phần nền (Platform)
Khơng tham gia trực tiếp vào quá trình phát lặp của hệ thống thông tin vệ tinh,bao gồm
các hệ thống phục vụ đảm bảo điều kiện hoạt động cho phần tải. Phần nền có các hệ con
như ổn định tư thế, vị trí vệ tinh, hệ thống giám sát, đo lường từ xa và điều khiển, hệ
thống cung cấp và quản lý năng lượng, hệ thống điều hòa nhiệt, hệ đẩy và hệ thống
khung vỏ.

 Hệ thống đo lường điều khiển từ xa và bám vệ tinh
Là một hệ thống được xây dựng trên mặt đất thực hiện nhiệm vụ quản lý vệ tinh, đảm
bảo các điều kiện cần thiết cho vệ tinh trên quỹ đạo hoạt động bình thường trong hệ
thống thông tin vệ tinh bao gồm các hệ con:
- Hệ duy trì vị trí và tư thế bay của vệ tinh.
- Hệ giám sát và điều khiển.
- Hệ cung cấp năng lượng.
- Hệ thống điều hòa nhiệt.

2. Phần mặt đất 
- Phần mặt đất bao gồm toàn bộ hệ thống trạm thu – phát mặt đất. Khi muốn thiết lập
đường liên lạc với 2 điểm trực tiếp với nhau trên Trái Đất thông qua trạm chuyển tiếp vệ
tinh thông tin người ta phải thiết lập 2 trạm trên mặt đất. Do đó có tên gọi là trạm thơng
tin vệ tinh SES làm chức năng phát tín hiệu lên vệ tinh và thu tín hiệu từ vệ tinh về.Sau
đó thực hiện kết nối thông tin với mạng vệ tinh mặt đất.

14

Hình 3.3. Cấu trúc của 1 trạm mặt đất
Theo hướng lên, luồng thông tin của các mạng mặt đất được đưa tới trạm mặt đất thông
qua giao diện kết nối mạng mặt đất. Các luồng tín hiệu này sau đó được ghép kênh và
định dạng lại, được điều chế bởi sóng mang trung tần. Tín hiệu trung tần này được biến
đổi tới sóng cao tần mong muốn.
Các sóng mang cao tần có thể phát đồng thời xác định theo nhóm băng tần 6Ghz,
14Ghz.
Các sóng mang cao tần tiếp tục được kết hợp thơng qua bộ tổ hợp(Combiner) để thành
tín hiệu băng rộng và được đi qua bộ khuếch đại công suất lớn(HPA). Tín hiệu băng rộng
được đưa tới anten thơng qua bộ phối hợp(Diplexer), cho phép anten thu và phát tín hiệu
đồng thời.
Anten thực hiện đồng thời 2 chức năng thu và nhận tín hiệu nhưng ở các dải tần số khác
nhau. Băng C phát, 6Ghz thu 4Ghz, Băng Ku phát 14Ghz, thu 12 Ghz.
Ở hướng xuống, tín hiệu băng rộng đi qua bộ khuếch đại tạp âm thấp (LNA) và đi tới bộ
chia(divider), chia thành các sóng mang cao tần riêng rẽ. Sau đó được biến đổi xuống
trung tần đi tới bộ giải điều chế. Tín hiệu sau bộ giải điều chế được đưa tới mạng mặt đất
theo yêu cầu.

15


CHƯƠNG 4: Thiết kế tuyến thông tin vệ tinh
Anten ( Anten gương parabol ) là một thiết bị dùng để thu sóng vệ tinh, thu sóng băng tần
C, băng tần Ku.Các tia sóng có quãng đường dài như nhau nên sóng phát ra từ tiêu điểm
sẽ có phân bố đồng pha,các tia song song nên mặt sóng là mặt phẳng.
Đặc tính : Hệ số định hướng lớn.( khi sử dụng anten gương parabol )

4.1. Các tham số cơ bản của tuyến liên lạc thông tin vệ tinh

- Tuyến thông tin vệ tinh là sự truyền dẫn tín hiệu từ:
+ Trạm mặt đất tới vệ tinh.
+ Vệ tinh tới trạm mặt đất.
- Phương hướng bức xạ của anten
+ Nguyên lý: điện trường biến thiên theo thời gian gây ra từ trường biến thiên theo
thời gian.
+ Phân cực sóng: có 3 loại là phân cực thẳng, phân cực tròn và phân cực elip , khi
nói đến phân cực thì đó là phương và chiều véc tơ E và H thay đổi ntn trong q trinh lan
truyền
Tính tốn tuyến lên

Trong đó: LTx, LRx là suy hao do feeder phát và thu;
Lp(d) là suy hao truyền sóng;
16


GTx, GRx là tăng ích của anten phát trạm mặt đất và anten thu trên vệ tinh.
Công suất bức xạ đẳng hướng tương đương
- EIRP là công suất bức xạ đẳng hướng tương đương được angten phát ra, bao gồm cả
ảnh hưởng từ thiết bị phát.
- Công suất bức xạ với một góc đặt của một anten phát vơ hướng được cấp điện bởi một
nguồn tần số vô tuyến, ký hiệu là PT. Đối với hướng bức xạ có độ tăng ích là GT. Tích số
PT. GT là cơng suất bức xạ đẳng hướng tương đương, ký hiệu là EIRP (Equivalent
Isotropic Radiated Power):
EIRP= PT+GT(dBW)=PT.GT(W)
cũng có thể được biểu thị dưới dạng đề-xi-ben:
EIRP = PTx (dBw) – LTx (dB) + GTx (dBi)

Hệ số tăng ích của ăng ten G:

Trong đó:



Góc

là hệ sơ tăng ích của anten theo hướng
là hiệu suất anten;
là hệ số định hướng của anten theo
tính trong mặt phẳng đứng và góc

.

tính trong mặt phẳng ngang.

Với các anten sóng siêu cao, ví dụ anten parabol sử dụng trong thơng tin vệ tinh thì độ
tăng ích cực đại

của anten có thể được xác định theo biểu thức:

17


Trong đó:



: bước sóng
: diện tích hiệu dụng của anten (

, D là đường kính anten)

Cơng suất tín hiệu thu được
  P R = PT . G T .G R .(

=

2

c
)
f ∗4 πR

PT . GT .G R .

1
L FS

(dBW)

❑

Trong đó : 
PT : Công suất của trạm phát (W, dBW)
GT : Hệ số tăng ích trạm phát (dBi)

G R : Hệ số tăng ích trạm thu (dBi)

R : Khoảng cách truyền của anten (m)

c : 3∗108(m/s)
f : Tần số tín hiệu (Hz)

LFS : Suy hao truyền sóng trong khơng gian tự do ( dB )

LFS ( dB )=92,44+ 20 log 10 d ( km)+20 log 10 f up (GHz )

Trong đó:
fup là tần số hướng lên;
d là khoảng cách từ trạm mặt đất tới vệ tinh
Khoảng cách từ trạm mặt đất tới vệ tinh là
d= √(R E +h) + R E −2 R E ( R E +h) cos l E cos( L E−LS )
2

2

Với: IE là vĩ độ của trạm mặt đất;
LE là kinh độ của trạm mặt đất;
LS là kinh độ của vệ tinh;
h là chiều cao tự trạm mặt đất tới vệ tinh, h=35786 km;
RE là bán kính trung bình của Trái Đất, RE=6378 km
18


4.2. Ảnh hưởng của tầng khí quyển đến kênh truyền
4.2.1. Ảnh hưởng của tầng đối lưu
Nhiệt độ và áp suất giảm dần theo độ cao => chiết suất thay đổi
Có 2 nguyên nhân chính: + Hấp thụ do hạt nước (mưa).
+ Hấp thụ phân tử.
a. Hấp thụ do các hạt nước

1.
Do tác động trường của sóng truyền lan, trong các hạt nước nhỏ có tính bán dẫn
điện sẽ có dịng điện dịch. Mật độ các dịng điện dịch có một giá trị tương đối nào đó.
Mật độ dịng điện cũng tỉ lệ với tần số, do đó nó chỉ có giá trị đáng xem xét ở dải sóng
siêu cao (sóng cm và mm). Chính sự tổn hao năng lượng trong các hạt nước đó gây nên
sự hấp thụ năng lượng sóng truyền lan.
2.

Sự xuất hiện dịng các hạt nước hoặc mây mù chính là ngun nhân gây nên các

dịng bức xạ khuếch tán hoặc bức xạ thứ cấp. Trong thực thế sự khuếch tán như vậy tạo
nên hiệu ứng hấp thụ theo phương truyền lan của sóng nhưng cũng chính sự khuếch tán
đó lại là bức xạ thứ cấp theo phương truyền lan cần thiết.
b. Hấp thụ phần tử
Các sóng vơ tuyến có bước sóng ngắn hơn 1.5 cm (f > 20 GHz) thì hấp thụ sóng cịn do
tác động trường của sóng đến các phân tử khí trong tầng đối lưu. Các dạng hấp thụ đó
được gọi là hấp thụ phần tử và được quan sát xem xét trong điều kiện trời trong, không
mưa và không mây mù
Suy hao do mưa trong thơng tin vệ tinh được tính như sau:
LR(dB)=∝R(dBkm)×dRAIN(km)
∝R(dBkm): là hệ số suy hao do mưa trên 1 km
DRAIN (km): là cự ly chịu mưa trong tuyến lên
→ Xác định DRAIN
19


Từ mơ hình ta có thể tính được
D Rain=

h RAIN −h anten

sin ( e )

(m)

Trong đó
e: Là góc ngẩng của anten ( độ )
DRAIN: Độ dài truyền sóng (m)
hRAIN: Độ cao trần mây (m) phụ thuộc vào vị trí địa lý. Ở nước ta hRAIN thường chọn 5km
hanten: Độ cao của anten (m)
*Xác định αR
Tra biểu đồ theo CCIR

20


4.2.2. Ảnh hưởng của tầng điện li
Đối với dải sóng cực ngắn và siêu cao thì tầng điện li được xem là trong suốt. Ảnh
hưởng rõ nét nhất của tầng điện li đối với kênh truyền thông tin vệ tinh là hiệu hứng
Faraday , trễ tín hiệu , quay phân cực và quyết định băng tần thông tin vệ tinh
Giá trị quay Faraday kí hiệu là

trong đó

, được xác định bởi biểu thức:

là cường độ từ trường trung bình của quả đất (Wb/m2),

(giá trị các điện tử tích điện/m2) và f là tần số (GHz).
21

Độ trễ nhóm, ký hiệu là T thường được xác định theo biểu thức:

trong đó f tính theo Hz.

4.3. Tổng kết
Một số thành phần làm ảnh hưởng tới chất lượng tín hiệu trên tuyến thơng tin vệ tinh:
Tên thành phần
Nhiễu đồng kênh

Ý nghĩa của thành phần
Nhiễu đồng kênh xảy ra khi Tín hiệu từ trạm mặt đất /
vệ tinh trên cùng một tần số hoặc trên cùng một kênh.

Khuếch đại cơng suất tín Bù vào phần suy hao tín hiệu do các thành phần khác
hiệu

gây nên
+ Sự thay đổi của nhiệt độ và áp suất tại các vị trí của

Tầng đối lưu

tầng đối lưu gây ra khúc xạ tín hiệu.
+ Độ ẩm gây ra suy hao tín hiệu (hơi nước mưa)

Tầng điện ly (ion)

Gây ra phản xạ tín hiệu nếu vượt quá góc tới hạn

Khoảng cách truyền

Gây ra suy hao và trễ ở khoảng cách lớn

Cơng suất phát tín hiệu

Bù vào phần suy hao tín hiệu do các thành phần khác
gây nên

4.4. Bài tập
1.Tìm EIRP của anten : 
Ta có cơng thức : 
EIRP= PT+GT(dBW)=PT.GT(W)
22