Hệ thống thông tin vệ tinh Phân tích tuyến liên lạc trong thông tin vệ tinh

CHƯƠNG MỘT
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ
TINH
1.1- LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN THÔNG TIN VỆ TINH
Chúng ta ang s ng trong th i k quá t i m t xã h i nh h ng thôngđ ố ờ ỳ độ ớ ộ ộ đị ướ
tin tiên ti n nh các công ngh m i trong nhi u l nh v c khác nhau. Cácế ờ ệ ớ ề ĩ ự
lo i thông tin truy n trên sang vô tuy n ó l thông tin vô tuy n, ã iạ ề ế đ à ế đ đ
v o i s ng h ng ng y c a chúng ta v chúng ta có th c m nh n cu cà đờ ố à à ủ à ể ả ậ ộ
s ng hi n t i c a cu c s ng xung quanh chúng ta nh các h th ngố ệ ạ ủ ộ ố ờ ệ ố
truy n hình v i n tho i qu c t .ề àđệ ạ ố ế
Nói chung, thông tin có thể được phân ra các loại như thông tin dùng cáp
đồng trục huặc thông tin dùng cáp sợi quang và thông tin vô tuyến sử dụng
sóng vô tuyến điện nối liền nhiều nơi trên thế giới vượt qua “thời gian” và
“không gian”.
Hiện nay, các hệ thống cáp biển sử dụng cáp sợi quang đã được đưa vào sử
dụng cho thông tin quốc tế. Đối với thông tin vô tuyến quốc tế, thông tin vệ
tinh đã cung cấp các đường thông tin dung lượng lớn thay thế cho thông tin
sóng ngắn trước đây và được sử dụng thường xuyên hơn.
• Thông tin vệ tinh có nhiều lợi thế so với các phương thức truyền thông
khác đó là:
-
Vùng phủ sóng rộng (chỉ cần 3 vệ tinh có thể phủ sóng toàn cầu).
-
Thiết bị phát sóng chỉ cần công suất nhỏ.
-
Lắp đặt hệ thống mặt đất nhanh, di chuyển dễ dàng.
-
Có thể phục vụ nhiều dịch vụ khác.
-
Hệ thống truyền dẫn ổn định (kể cả bão to, động đất).
-

Thiết bị đặt trên vệ tinh có thể tận dụng năng lượng mặt trời để cấp
điện .
-
Có thể tận dụng tất cả công nghệ của kỹ thuật số.
• Tuy vậy, thông tin vệ tinh cũng có những nhược điểm:
-
Kinh phí đầu tư ban đầu lớn.
-
Công nghệ không phải lúc nào cũng sản xuất được (từ khâu thiết bị đến
khâu phóng, điều khiển và điều hành).
-
Bức xạ của sóng bị tổn hao lớn ở những vùng có mưa và mây mù.
-
Cường độ sóng thu ở mặt đất phụ thuộc nhiều vào vị trí tọa độ của vệ
tinh .
Có hai loại vệ tinh đang được phổ dụng : Vệ địa tĩnh (Geostation Satellite)
và vệ tinh không địa tĩnh (Non- Geostation Satellite).
1.2- CÁC LOẠI QUỸ ĐẠO CỦA VỆ TINH
Sinh viªn NguyÔn Xu©n Hoµng
1
Vệ tinh khối
lượng M


Khoảng cách = r

Quỹ đạo chuyển động của
vệ tinh
Hình 1.1 . Các l c quy t nh qu o c a v tinhự ế đị ỹđạ ủ ệ
Qu o l h nh trình c a v tinh gi c cân b ng gi a hai l c iỹ đạ à à ủ ệ để ữ đượ ằ ữ ự đố

nhau. Hai l c ó l l c h p d n c a trái t v l c ly tâm c hình th nh doự đ à ự ấ ẫ ủ đấ à ự đượ à
cong c a h nh trình c a v tinh. Qu o thu c m t m t ph ng có hìnhđộ ủ à ủ ệ ỹ đạ ộ ộ ặ ẳ
Elip, hai u c a Elip thì m t u n m xa trái t còn u kia n m g n tráiđầ ủ ộ đầ ằ đấ đầ ằ ầ
t. V tinh s di chuy n chem. H n khi kho ng cách gi a nó v trái t t ngđấ ệ ẽ ể ơ ả ữ à đấ ă
lên.
• Quỹ đạo thông dụng nhất hiện nay là những quỹ đạo sau:
+ Các quỹ đạo hình Elip nghiêng một góc 64
0
so với mặt phẳng xích đạo.
Loại quỹ đạo có tính ổn định cao nhờ có độ nghiêng mà nó cho phép vệ tinh
có thể phủ sóng được ở những nơi có vĩ tuyến cao thuộc phần lớn quỹ đạo khi
vệ tinh đi qua điểm cực viễn so với trái đất. Trong thực tế, quỹ đạo nghiêng
hình Elip có khả năng cung cấp các liên lạc ở các vĩ tuyến trung bình khi mà
vệ tinh gần tới điểm cực viễn so với trái đất và các góc ngẫng gần bằng 90
0
,
những điều kiện tốt này không thể tồn tại trong cùng một vĩ tuyến ở các vệ
tinh địa tĩnh. Một hệ thống vận hành được gọi là ELLIPSAT bao gồm 24 vệ
tinh ở hai quỹ đạo khác nhau nghiêng một góc 64
0
(2930 km / 426 km) được
đề xuất tại Mỹ (ELL-91) để đạt được sự phủ sóng vĩnh cửu.
Sinh viªn NguyÔn Xu©n Hoµng
2
Trái tđấ
Khối lượng M
Lực hấp dẫn =
GMm/r
2
Lực ly tâm = mv

2
/r
Hình 1.2 . Mô t qu o c a v tinh MOLNYA c a LIÊN XÔả ỹđạ ủ ệ ủ
+ Các quỹ đạo nghiêng tròn, độ cao của vệ tinh so với mực nước biển là
không đổi và xấp xỉ và trăm nghìn km. Với góc nghiêng gần 90
0
, loại quỹ đạo
này đảm bảo rằng vệ tinh có thể đi qua các vùng của trái đất. Đó là lý do
người ta sử dụng loại quỹ đạo này để quan sát các vệ tinh (Ví dụ vệ tinh
SPOT; độ cao 830 km ; quỹ đạo nghiêng 98,7
0
; chu kỳ 101 phút). Người ta có
thể thiết lập các quá trình lưu trữ và chuyển tiếp thông tin nếu vệ tinh được
trang bị các phương tiện lưu trữ thông tin. Một số vệ tinh với vùng phủ sóng
toàn cầu sử dụng các chòm sao của sóng mang vệ tinh ở các quỹ đạo tròn, độ
cao thấp (cỡ 1000 km) được đề cập gần đây (như IRIDIUM, GLOBAL
STAR, ODYSSEY, ARIES , LEOSAT , …).
+ Quỹ đạo tròn với góc nghiêng bằng 0, được sử dụng rộng rãi nhất cho
quỹ đạo vệ tinh thuộc các trạm. Quỹ đạo vệ tinh xung quanh trái đất với độ
cao 35768 km và cùng phương hướng. Do đó vệ tinh xuất hiệ như một điểm
cố định trên bầu trời và đảm bảo sự hoạt động liên tục như Rơle vô tuến trong
thời gian thực đối với những vùng nhìn thấy của vệ tinh (43% bề mặt của trái
đất).
Sự lựa trọn các quỹ đạo phụ thuộc vào tính chất của công việc, độ can
nhiễu có thể chấp nhận được và tầm xa của khả năng bệ phóng.
• Quỹ đạo được đặc trưng bởi các yếu tố sau:
+ Quy mô v ph m vi c a các vùng c ph sóng. Trái ng c v i ôngà ạ ủ đượ ủ ượ ớ đ
o các ý ki n, cao c a v tinh không ph i l nhân t quy t nh trongđả ế độ ủ ệ ả à ố ế đị
vi c liên l c i v i di n tích ph sóng c th . Hi n nay v tinh i theo quệ ạ đố ớ ệ ủ ụ ể ệ ệ đ ỹ
o th p ch cung c p m t kho ng không gian gi i h n, bao ph t i m t th iđạ ấ ỉ ấ ộ ả ớ ạ ủ ạ ộ ờ

gian xác nh v có gi i h n t i m t i m xác nh . N u t ng ích cácđị à ớ ạ ạ ộ để đị ế độ ă
anten th p (c v i dB) v i ng h ng kém thì trong tr ng h p n y ph iấ ỡ à ớ độ đị ướ ườ ợ à ả
c trang b các thi t b bán v tinh v i u n y l m t ng chi phí. Do ó cácđượ ị ế ị ệ àđề à à ă đ
v tinh a t nh rõ r ng l c bi t có ích cho vi c ph sóng liên t c các vùngệ đị ĩ à à đặ ệ ệ ủ ụ
co di n tích r ng. Tuy nhiên nó không th ph sóng c các vùng c c mệ ộ ể ủ đượ ự à
các vùng n y ch c ph sóng b i các v tinh có qu o Elip nghiêng hayà ỉ đượ ủ ở ệ ỹ đạ
qu o c c.ỹ đạ ự
Sinh viªn NguyÔn Xu©n Hoµng
3
+ Góc ng ng c a các tr m m t t : M t v tinh có qu o Elip nghiêngẫ ủ ạ ặ đấ ộ ệ ỹđạ
hay qu o c c xu t hi n trên m t t trong m t kho ng th i gian xác nhỹđạ ự ấ ệ ặ đấ ộ ả ờ đị
cho phép thông tin c thi t l p t i các vùng th nh th m không va ch mđượ ế ậ ạ à ị à ạ
các ch ng ng i v t nh các to nh l n t o nên góc ng ng n m trong kho ngướ ạ ậ ư à à ớ ạ ẫ ằ ả
t 0ừ
0
cho n x p x 70đế ấ ỉ
0
. V i m t v tinh a t nh, góc ng ng s gi m khi sớ ộ ệ đị ĩ ẫ ẽ ả ự
chênh loch v kinh tuy n, v tuy n gi a tr m m t t v v tinh t ng.ề ế ĩ ế ữ ạ ặ đấ à ệ ă
+ Th i gian truy n d n v th i gian tr : v tinh a t nh cung c p m t sờ ề ẫ à ờ ễ ệ đị ĩ ấ ộ ự
chuy n ti p liên t c cho các tr m trong kho ng t m nhìn nh ng th i gianể ế ụ ạ ả ầ ư ờ
truy n sóng t tr m n y n tr m khác b tr 0,5s. i u n y yêu c u ph i sề ừ ạ à đế ạ ị ễ Đề à ầ ả ử
d ng thi t b i u khi n ti ng v ng trên các kênh i n tho i hay các giao th cụ ế ị đề ể ế ọ đệ ạ ứ
c bi t truy n s li u. Th i gian truy n d n gi a các tr m s gi m n u vđặ ệ để ề ố ệ ờ ề ẫ ữ ạ ẽ ả ế ệ
tinh di chuy n trong m t qu o th p, th i gian truy n gi a các tr m s gi mể ộ ỹđạ ấ ờ ề ữ ạ ẽ ả
xu ng g n b ng th i gian truy n trong t m nhìn t i v tinh. Nh ng nó có thố ầ ằ ờ ề ầ ớ ệ ư ể
tr nên lâu (m t v i gi ) i v i các tr m xa n u nh ki u truy n l u tr -ở ộ à ờ đố ớ ạ ế ư ể ề ư ữ
chuy n ti p c s d ng.ể ế đượ ử ụ
+ Nhi u : v tinh a t nh chi m m t v trí xác nh trên b u tr i v vi cễ ệ đị ĩ ế ộ ị đị ầ ờ à ệ
trao i thông tin v i các tr m trên m t t. ch ng nhi u gi a các h th ngđổ ớ ạ ặ đấ Để ố ễ ữ ệ ố

thì ng i ta ph i quy nh b ng t n v các v trí qu o. Không gian qu oườ ả đị ă ầ à ị ỹđạ ỹđạ
nh gi a các v tinh g n k nhau t i cùng m t t n s s l m t ng nhi u vỏ ữ ệ ầ ề ạ ộ ầ ố ẽ à ă độ ễ à
i u n y s c n tr vi c thi t l p các v tinh m i. Các h th ng khác nhau cóđề à ẽ ả ở ệ ế ậ ệ ớ ệ ố
th s d ng các t n s khác nhau nh ng i u n y b h n ch b i s l ngể ử ụ ầ ố ư đề à ị ạ ế ở ố ượ
b ng t n c ch nh cho không gian thông tin vô tuy n b i các lu t c aă ầ đượ ỉ đị ế ở ậ ủ
thông tin vô tuy n. Trong tr ng h p n y, m t b ng t n có th b gi i h n b iế ườ ợ à ộ ă ầ ể ị ớ ạ ở
ph t n c a qu o. V i các v tinh a v o qu o thì các thông s hìnhổ ầ ủ ỹ đạ ớ ệ đư à ỹđạ ố
h c c a m t h th ng n y i v i h th ng khác b bi n i theo th i gian doọ ủ ộ ệ ố à đố ớ ệ ố ị ế đổ ờ
ó r t khó ng b i u n y có ngh a l nhi u c a h th ng s cao.đ ấ đồ ộđề à ĩ à ễ ủ ệ ố ẽ
+ Hi u su t c a b phóng : kh i l ng c a các v tinh c phóng gi m iệ ấ ủ ệ ố ượ ủ ệ đượ ả đ
khi cao t ng.độ ă
1.3- PHÂN BỔ TẦN SỐ TRONG THÔNG TIN VỆ TINH
Các băng tần số vô tuyến dùng cho các hệ thống thông tin vệ tinh nông
thôn, hiển nhiên là phải tuân theo quy chế vô tuyến. Đặc biệt, các bằng tần
được phân định cho các dịch vụ vệ tinh cố định được trình bày trong bảng.
Dịch vụ a) Các tần số tuyến lên
(MHz)
Các tần số tuyến xuống
(MHz)
Chú thích b)
FS
FS
BS
FS
FS
FS
FS
FS
FS
2655 – 2690

5725 – 5850
5850 – 7075
2500 – 2690
2500 – 2535
2500 – 2690
3400 – 4200
4500 – 4800
7250 – 7750
Ch R2ỉ
Ch R3ỉ
Chỉ R2,R3
Chỉ R1
Sinh viªn NguyÔn Xu©n Hoµng
4
FS
FS
FL
BS
BS
FS
BS
FS
BS
FS
FS
FS
FS,FL
FL
FS
FS

FS
7900 – 8400
10700 – 11700
12500 – 12750
12700 – 12750
14000 – 14500
14000 – 14800
17300 – 18100
27000 – 27500
27500 – 31000
10700 – 11700
11700 – 12500
11700 – 12200
11700 – 12300
12100 – 12700
12500 – 12750
12500 – 12750
11700 – 21200
Chỉ R1
Chỉ R1
Chỉ R3
Chỉ R2
Chỉ R2
Chỉ R1, R3
Chỉ R3
Chỉ R1
Chỉ R2
Chỉ R2,R3
Bảng : các băng tần dùng cho dịch vụ vệ tinh cố định và dịch vụ quảng bá
qua vệ tinh tới 31GHz

a) FS – Dịch vụ vệ tinh cố định
BS – Dịch vụ vệ tinh quảng bá
FL – Tuyến phi dơ cho dịch vụ vệ tinh quảng bá
b) Vùng 1 (R1), vùng 2 (R2), vùng 3 (R3) được xác định theo hình (1.3)
ITU đã xác lập riêng các phần nào đó của phổ tần để sử dụng các hệ thống
thông tin vệ tinh, đáng chú ý là các băng tần như 2,5 – 2,7; 3,4 – 7,1 và 10,7 –
14,5 GHz. Một số nào đó trong các băng tần này được phân định để sử dụng
cho các dịch vụ đặc biệt trong các vùng địa lý xác định. Trong bảng trên, R2
ám chỉ vùng 2 bao gồm Bắc Mỹ và Nam Mỹ; R3 là vùng 3 gồm Châu Úc và
Châu Á và R1 là vùng 1 gồm Châu Âu, Liên Xô và Châu Phi. Hình 1.3 mô tả
các vùng này trên bản đồ. Trong bảng các vùng được phép sử dụng băng tần
được chỉ thị bởi R1, R2 và R3. Nếu không có bất kỳ chỉ định vùng nào thì có
nghĩa là tất cả các vùng đều có thể sử dụng băng tần đó.
Sinh viªn NguyÔn Xu©n Hoµng
5
Hình 1.3 . Các vùng nh c quy nh trong các Quy ch vô tuy n ưđượ đị ế ế
(Radio Regulations)
• B ng t n 2500 2690 MHz :ă ầ –

Tất cả các tần số trong băng tần này là để dành cho các nước vùng 2 và
vùng 3 (không có sự phân định nào đối với băng tần số 2,5 – 2,7 GHz cho các
dịch vụ vệ tinh cố định trong vùng 1). Tại băng tần 2,5 – 2,7 GHz, suy hao
khí quyển nhỏ hơn bất kỳ băng tần nào khác, song vì bước sóng tương đối dài
cho nên kích thước của trạm anten mặt đất sẽ phải lớn hơn so với việc sử
dụng các băng tần khác. Ngoài ra, vì băng tần này còn chưa được sử dụng
rộng rãi cho nên rất ít nhà sản xuất chế tạo các thiết bị tiêu chuẩn thuộc lĩnh
vực này. Băng tần này tỏ rõ lợi thế cho những yêu cầu khiêm tốn ở những
điểm không có tắc nghẽn và các khe quỹ đạo là luôn luôn có sẵn để sử dụng.
Tuy nhiên, băng tần này chung phần với các hệ thống tán xạ đối lưu và cần
phải phối hợp với chúng.

• B ng t n 3400 7075 MHz :ă ầ –
Băng tần này được sử dụng nhiều nhất so với tất cả các băng tần khác. Do
điều đó, việc sắp xếp các khe quỹ đạo là tương đối khó. Mặt khác vì có sẵn thị
trường rộng lớn cho nên nhiều nhà sản xuất chế tạo thiết bị tiêu chuẩn, giảm
được đáng kể giá thành do cạnh tranh và đảm bảo tính hiệu quả kinh tế do quy
mô lớn. Mặc dù suy hao khí quyển hơi lớn hơn so với băng 2,5 – 2,7 GHz,
kinh nghiệm lịch sử cho thấy rằng có thể đạt được dịch vụ thông tin chất
lượng cao thực tế tại tất cả các vùng trên thế giới. Vì có can nhiễu với các hệ
thống vi ba mặt đất sử dụng băng tần này, các trạm mặt đất không được lắp
đặt tại nhiều vùng thành phố. Do vậy việc sử dụng băng tần này đòi hỏi phối
hợp chặt chẽ với các hệ thống trên mặt đất đang hoạt động huặc đang trong dự
án.
• B ng t n 10,700 14,500 GHz :ă ầ –

Băng tần này vừa có lợi thế vừa có bất lợi so với băng tần 3,4 – 7,1 GHz
vốn được sử dụng rất rộng rãi. Nơi nào có băng tần này nói chung không
được sử dụng cho các tuyến vi ba mặt đất thì có thể cho các trạm mặt đất hoạt
động tại các trung tâm thành thị. Các anten tại băng tần này rất nhỏ so với các
băng tần khác, do vậy chúng có thể được lắp đặt tại các mái nhà của các toà
cao ốc. Nơi nào thực tế không có các sóng mang chung trong băng này thì các
vệ tinh có thể sử dụng các công suất cao hơn vì không có các vấn đề can
nhiễu với các hệ thống trên mặt đất. Điều bất lợi chính của băng tần này là các
Sinh viªn NguyÔn Xu©n Hoµng
6
đặc tính suy hao của nó gia tăng mạnh trong miền khí hậu có nhiều sương mù,
có mưa huặc có mây.
1.4- CẤU TRÚC TỔNG QUÁT MỘT HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ
TINH

Một hệ thống thông tin vệ tinh bao gồm hai phần : Phần mặt đất và Phần

không gian.

O N M T TĐ Ạ Ặ ĐẤ
Hình 1.4. Các th nh ph n c a m t h th ng thông tin v tinhà ầ ủ ộ ệ ố ệ
1.4.1. Phần không gian.
Phần không gian bao gồm vệ tinh và các trang thiết bị mặt đất để điều
khiển và kiểm tra theo dõi vệ tinh như sau:
Hệ thống bám sát, đo đạc và điều khiển thực hiện (TT & C) và trung tâm
điều khiển vệ tinh, nơi mà mọi hoạt động của vệ tinh được kiểm tra và theo
dõi chặt chẽ.
Các sóng vô tuyến truyền từ các trạm mặt đất lên vệ tinh được gọi là
đường lên (uplink). Vệ tinh, đến lượt truyền các sóng vô tuyến tới các trạm
thu tại mặt đất - đường xuống (downlink).
Sinh viªn NguyÔn Xu©n Hoµng
O N KHÔNG GIANĐ Ạ
V TINHỆ
7
TRẠM ĐIỀU
KHIỂN
THIẾT BỊ PHÁT THIẾT BỊ THU
TUYẾN XUỐNGTUYẾN LÊN
Chất lượng của một liên lạc vô tuyến được xác định bởi tỷ số sóng mang
trên tạp âm (C/N).
Vệ tinh hình thành một điểm trung chuyển trạng thái do các nhóm liên lạc
song song. Khi đó nó được xem như là điểm nút của mạng, truy nhập với vệ
tinh và tới bộ phát đáp vệ tinh bởi một vài sóng mạng có nghĩa là sử dụng các
kỹ thuật đặc biệt, được gọi là các kỹ thuật đa truy nhập.
Vệ tinh bao gồm phần trọng tải (payload) và phần nền (platfom). Phần
payload bao gồm các anten thu và tất cả các thiết bị điện tử phục vụ cho việc
truyền dẫn các sóng mang. Phần flatfom bao gồm các hệ thống phụ phục vụ

cho phần payload hoạt động. Chúng bao gồm:
+ Cấu trúc.
+ Nguồn cung cấp điện.
+ Điều khiển nhiệt độ.
+ Điều khiển hướng và qũy đạo.
+ Thi t b y.ế ị đẩ
+ Thiết bị bám, đo đạc và điều khiển thực hiện.
• Vệ tinh có hai vai trò sau:
+ Khu ch i các sóng mang thu c t tuy n lên s d ng cho vi cế đạ đượ ừ ế ử ụ ệ
truy n d n l i trên t ng xu ng. N ng l ng sóng mang t i u v o c a máyề ẫ ạ ầ ố ă ượ ạ đầ à ủ
thu v tinh yêu c u t 100pW n 1nW, còn n ng l ng t i u ra c a bệ ầ ừ đế ă ượ ạ đầ ủ ộ
khuy ch i công su t phát cho tuy n xu ng yêu c u t 10 – 100W. Do óế đạ ấ ế ố ầ ừ đ
l i công su t có yêu c u t 100 – 130dB. độ ợ ấ ầ ừ
+ Thay đổi tần số sóng mạng nhằm tránh hiện tượng một phần công suất
phát đi quay trở về đầu thu, khả năng loại bỏ của đầu vào các bộ lọc tần số
tuyến xuống kết hợp với độ tăng ích anten thấp giữa đầu ra phần phát và đầu
vào phần thu để đảm bảo công suất cỡ 150dB.
Để hoàn thành chức năng của mình thì vệ tinh có thể hoạt động như một
Rơle đơn giản. Sự thay đổi tần số thông qua một bộ biến đổi tần số. Điều này
thấy rõ trong các vệ tinh thương mại được vận hành hiện nay. Người ta gọi
chúng là các vệ tinh “quy ước” hay “trong suốt”. Tuy nhiên, một thế hệ vệ
tinh mới (bắt đầu từ ACTS và ITALSAT) đang nổi lên, chúng được gọi là các
vệ tinh tái sinh và được trạng bị các bộ giải điều chế, các tín hiệu băng cơ bản
được đặt sẵn trên vệ tinh. Sự thay đổi tần số đạt được bởi việc điều chế một
sóng mạng mới cho tầng xuống. Việc vận hành cặp điều chế và dải điều chế
có thể được đi kèm theo với việc xử lý băng cơ bản ở các mức độ phức tạp
khác nhau. Để đảm bảo tính sẵn sàng cung cấp các dịch vụ, một hệ thống vệ
tinh phải bao gồm một số vệ tinh để dự trữ, để thay thế cho một vệ tinh nào
đó bị hỏng hay đã hết hạn sử dụng trong trường hợp này chúng ta cần phân
biệt tuổi thọ và độ tin cậy của một vệ tinh. Độ tin cậy của một vệ tinh được

đánh giá dựa trên các yếu tố: khả năng dẫn đến hang hóc, độ tin cậy thiết bị
của vệ tinh và các phương án dự phòng. Tuổi thọ của vệ tinh phụ thuộc vào
khả năng duy trì vệ tinh trên các trạm trong trạng thái tối thiểu.
Sinh viªn NguyÔn Xu©n Hoµng
8
1.4.2. Phần mặt đất.
Phần mặt đất bao gồm tất cả các trạm ở mặt đất, chúng thường được nối
tới thiết bị của người sử dụng thông qua mạng mặt đất. Trong trường hợp các
trạm nhỏ như VSAT, chúng được nối trực tiếp tới các thiết bị của người sử
dụng. Các trạm lớn hay nhỏ tuỳ thuộc vào khối lượng thông tin và loại hình
thông tin được truyền (thoại, hình ảnh hay dữ liệu), trạm lớn nhất được trang
bị anten có đường kính 30m (chuẩn A của mạng ITALSAT) trạm nhỏ nhất
được trang bị anten có đường kính 0,6m (các trạm thu trực tiếp tín hiệu hình
ảnh). Các trạm cố định, vận chuyển được và di động cũng có thể có các loại
khác nhau. Một số trạm chỉ thu tín hiệu nhưng cũng có trạm vừa thu vừa phát
tín hiệu.
Trục anten
Góc ngẫng B
ng chân tr iĐườ ờ
Các tín hiệu băng cơ sở
(Từ người sử dụng )

Các tín hiệu băng cơ sở
(Đến người sử dụng )

Hình 1.5. Mô tả cấu trúc tổng quát của một trạm mặt đất.
CHƯƠNG 2
PHÂN TÍCH TUYẾN LIÊN LẠC TRONG
THÔNG TIN VỆ TINH
2.1- CÁC THÔNG SỐ ĐẶC TRƯNG CỦA MỘT ANTEN

Sinh viªn NguyÔn Xu©n Hoµng
9
Bộ phân tuyến Dẫn đường
Giám sát v à
i u khi nđề ể
Khu ch i ế đạ
công su t RFấ
Điều chế IF
Khu ch i ế đạ
t p âm th pạ ấ
Gi i i u ch ả đ ề ế
IF
2.1.1. Độ tăng ích của anten
Độ tăng ích của anten là tỉ số giữa năng lượng bức xạ (hấp thụ) trên một
đơn vị góc đầy của một anten tại hướng xác định và năng lượng bức xạ (hấp
thụ) trên một đơn vị góc đầy của một anten đẳng hướng. Hai anten này được
cung cấp cùng một mức công suât.
Độ tăng ích đạt giá trị lớn nhất tại hướng bức xạ cực đại và được xác định
bởi công thức :
G
max
= (4π / λ
2
)A
eff

Trong đó : λ = c/f
C là tốc độ ánh sáng: C = 3.10
8
m/s

f là tần số sóng điện trường.
A
eff
là diện tích hiệu dụng của anten, đối với anten có khe hở tròn
hay đường kính phản xạ là D thì diện tích hình học của A có giá trị
là :
A = π.D
2
/ 4
và giá trị hiệu dụng của anten là : A
eff
= η.A
với η là hiệu suet của anten.
Do đó : G
max
= η.(π.D/λ)
2
= η.(π.D.f/c)
2
(2.1)
Nếu biểu diễn dưới dạng dB thì độ tăng ích của anten trong thực tế là :
G
max.dB
= 10.logη.(π.D/λ)
2
= 10 logη.(π.D.f/c)
2

Hiệu suất η là tích các hiệu suất thành phần, bao gồm hiệu suất chiếu sáng,
suy hao do tràn, sự suy bề mặt, những suy hao do điện trở hay ghép không đối

xứng v v
η = η
i
.η
s
.η
f
.η
z
…. (2.2)
Hiệu suất chiếu sáng η
i
được xác định theo luật chiếu sáng của vật phản xạ
trong môi trường chiếu sáng đồng nhất. Sự chiếu sáng đồng nhất (η
i
= 1) tạo
ra mức cao của các cực đại thứ cấp. Cần phải có điều kiện với sự suy giảm
chiếu sáng tại các đường biện của vật phản xạ.
Hiệu suất tràn η
s
được định nghĩa là tỷ số giữa công suất của nguồn chính
bị chắn bởi vật phản xạ so với toàn bộ công suất của nguồn chính. Góc nhìn
vật phản xạ từ nguồn chính càng lớn thì hiệu suất tràn càng lớn. Tuy nhiên,
đối với nguồn bức xạ cụ thể, mức chiếu sáng tại các đường biên sẽ nhỏ đi khi
các giá trị của góc nhìn lớn và hiệu suất chiếu sáng sẽ giảm xuống.
Hiệu suất kết thúc bề mặt η
f
có tính đến tác động của sự suy yếu bề mặt
lên độ tăng ích của anten. Mặt nghiêng của đường Parabol trong thực tế khác
với lý thuyết. Gia số về độ tăng ích của anten được tính theo công thức sau :

∆G = exp [-B(4πε/λ)
2
]
Trong đó: + ε là sai số do sản xuất.
+ B là hệ số, hệ số này tăng khi bán kính cong của mặt lõm
giảm (B ≤ 1).
Sinh viªn NguyÔn Xu©n Hoµng
10
Trong thực tế, B cỡ 0,7 và ε cỡ λ/16. Điều này làm cho hiệu suất kết thúc
bề mặt đạt khoảng 90%.
Những suy hao khác, bao gồm suy hao nhiệt và suy hao do trở kháng của
ghép không đối xứng η
z
thì ít quan trọng hơn.
Tổng quát, hiệu suất tổng thể η của anten là tích của các hiệu suất biến đổi,
thông thường nằm trong khoảng (55 ÷ 75)%.
2.1.2. Đồ thị phương hướng bức xạ
Đồ thị phương hướng bức xạ của anten cho biết sự biến đổi độ tăng ích của
anten theo hướng. Đối với một anten có góc mở tròn hay vật phản xạ thì đồ
thị này có dạng đối xứng tròn xoay và có thể biểu thị chúng trong mặt phẳng
ở dạng toạ độ cực hay toạ độ Decac.
Các cực đại phụ và cực đại chính bao gồm hướng bức xạ cực đại có thể
được xác định .
(a): Trong toạ độ cực ; (b): Trong toạ độ vuông góc Decac.
Hình 2.1. Đồ thị phương hướng bức xạ của anten
2.1.3. Độ rông của búp sóng.

Đây là góc được xác định bởi các hướng trong đồ thị phương hướng cụ thể
biểu diễn giá trị lớn nhất độ tăng ích của anten. Độ rộng 3dB được xác định
trên hình bằng góc θ

3dB
và rất hay được sử dụng. Độ rộng 3dB tương ứng với
góc giữa hai hướng mà tại đó giá trị lớn nhất của độ tăng ích giảm xuống một
nửa. Độ rộng 3dB phụ thuộc vào tỷ số λ/D bởi hệ số mà giá trị của nó phụ
Sinh viªn NguyÔn Xu©n Hoµng
11
thuộc vào luật chiếu sáng được chọn. Đối với luật chiếu sáng đồng nhất, hệ số
này đạt giá trị 58,5
0
. Đối với luật chiếu sáng không đồng nhất, gây sự suy
giảm lại các đường biên của vật phản xạ, độ rộng 3dB tăng và giá trị của hệ số
phụ thuộc vào các tính chất đặc biệt của luật.
Giá trị mà hiện nay sử dụng là 70
0
, do đó ta có công thức sau :
θ
3dB
= 70(λ/D) = 70(c/f.D) (độ) (2.3)
Tại hướng α, đối với tầm nhìn thẳng, giá trị độ tăng ích được xác định bởi
biểu thức :
G(α)
dB
= G
maxdB
– 12.( α/θ
3dB
)
2
(dB) (2.4)
Công thức này chỉ đúng khi các góc đủ nhỏ (nằm trong khoảng từ 0 tới

θ
3dB
/2)
Kết hợp công thức (2.2) và công thức (2.3) sẽ cho ta giá trị lớn nhất của độ
tăng ích là hàm của độ rộng 3dB và quan hệ này không phụ thuộc vào tần số.
π . D . f
2
70 . π
2
G
max
= η. = η. (2.5)
c θ
3dB

Nếu giá trị η = 0.6 thì
G
max
= 29000 / (θ
3dB
)
2
(2.6)
Trong đó : θ
3dB
được tính bằng độ.
G
max
= 44,6 – 20Logθ
3dB

170
θ
3dB

=
(G
max.dB
/ 20)
10
2.1. 4 . Sự phân cực của sóng.

Sóng điện từ được bức xạ bởi anten bao gồm một thành phần điện trường
và một thành phần từ trường. Hai thành phần này trực giao và vuông góc với
hướng truyền sóng, chúng biến đổi theo tần số của sóng. Theo quy ước sự
phân cực của sóng được xác định bởi hướng của điện trường. Nói chung
hướng của điện trường không cố định và biên độ của nó không phải là hằng
số.
Sinh viªn NguyÔn Xu©n Hoµng
12
Hình 2.2. Mô tả sự phân cực của sóng điện từ trong không gian
Trong một chu kỳ hình chiếu của một mũi véc tơ đại diện cho điện trường
trên mặt phẳng vuông góc với hướng truyền sóng và trong trường hợp tổng
quát có dạng hình elip.
• Các tính chất của sự phân cực thể hiện qua các thông số sau :
+ H ng quay ( i v i h ng truy n d n) tay ph i (theo h ng kim ngướ đố ớ ướ ề ẫ ả ướ đồ
h ) hu c tay trái (ng c chi u kim ng h ), (còn g i l chi u quay c a vécồ ặ ượ ề đồ ồ ọ à ề ủ
t E)ơ
+ T l tr c (AR – Axial Ratio) AR = Eỷ ệ ụ
max
/ E

min
; ó l t l c a tr c l nđ à ỷ ệ ủ ụ ớ
trên tr c nh c a hình elip. Khi Elip có t l tr c l 1 (= 0dB), ó l phân c cụ ỏ ủ ỷ ệ ụ à đ à ự
tròn. Khi Elip gi m xu ng ch còn m t tr c (T s tr c không xác nh, i nả ố ỉ ộ ụ ỷ ố ụ đị đệ
tr ng l m t h ng không xác nh) ó l phân c c th ng.ườ à ộ ướ đị đ à ự ẳ
+ nghiêng Độ τ c a Elipủ
Hai sóng c g i l phân c c tr c giao nhau n u nh các Elip bi u thđượ ọ à ự ự ế ư ể ị
i n tr ng ó gi ng h t nhau nh ng các ph ng i nhau. Có th có cácđệ ườ đ ố ệ ư ở ươ đố ể
tr ng h p riêng sau :ườ ợ
-
Hai phân c c tròn tr c giao c g i l phân c c tròn theo h ng quayự ự đượ ọ à ự ướ
tay ph i v tay trái (h ng quay i v i ng i quan sát ang nhìn theoả à ướ đố ớ ườ đ
h ng truy n).ướ ề
-
Hai phân c c th ng tr c giao c g i l phân c c theo ph ng d c vự ẳ ự đượ ọ à ự ươ ọ à
ph ng ngang.ươ
M t anten c thi t k phát hay thu m t sóng phân c c c th v c ngộ đượ ế ếđể ộ ự ụ ể à ũ
có th không phát m c ng không thu các i m phân c c tr c giao v i chúng.ể à ũ để ự ự ớ
Tính ch t n y cho phép hai liên l c song song c thi t l p t i cùng m t t nấ à ạ đượ ế ậ ạ ộ ầ
s gi a hai a i m gi ng h t nhau. Tuy nhiên c n tính n s không ho nố ữ đị để ố ệ ầ đế ự à
h o c a các anten v s thay i c c c a sóng khi qua môi tr ng truy n d n.ả ủ à ự đổ ự ủ ườ ề ẫ
C ng có th gây ra nhi u l n nhau gi a hai ng kiên l c.ũ ể ễ ẫ ữ đườ ạ
Mặt phẳng đứng
a a
c
b
x
Tại anten Tại anten
phát thu
a

x
b b
c
Mặt phẳng ngang
Hình 2.2. Mô tả biên độ của cường độ điện trường phát và thu trong trường
hợp phân cực tuyến tính trực giao
Theo hình vẽ, giả thiết rằng a và b là các biên độ (được xem là bằng nhau),
điện trường của hai sóng được truyền song song với phân cực thẳng a
c
và b
c
là
các biên độ được thu cùng với một phân cực a
x
được thu với phân cực trực
giao. Có thể xác định được :
-
Sự cách ly phân cực chéo : XPI = a
c
/ b
x
huặc b
c
/ a
x
; do đó :
Sinh viªn NguyÔn Xu©n Hoµng
13
XPI(dB) = 20log(a
c

/ b
x
) hay 20log(b
c
/ a
x
)
-
Sự phân biệt phân cực chéo (khi một phân cực đơn được truyền) :
XPD(dB) = 20log(a
c
/ a
x
)
Trong th c t XPI v XPD có th so sánh c v th ng hay b nh m l nự ế à ể đượ à ườ ị ầ ẫ
v m t cách ly. i v i phân c c g n tròn, các tính ch t c xác nh thôngề ặ Đố ớ ự ầ ấ đượ đị
qua giá tr t l tr c, s phân bi t phân c c chéo c nh ngh a l :ị ỷ ệ ụ ự ệ ự đượ đị ĩ à
XPD(dB) = 20log[(AR+1)/(AR-1)]
Trái lại, tỷ lệ trục AR được biểu diễn theo hàm XPD qua công thức :
AR = (10
XPD/20
+ 1)/( 10
XPD/20
- 1)
Bởi vậy, anten được đặc trưng bởi một phân cực đã cho bởi một đồ thị
phương hướng bức xạ của phân cực danh nghĩa và một đồ thị bức xạ của phân
cực trực giao. Sự phân cực chéo thông thường có giá trị lớn nhất trên trục
anten và suy biến đối với các hướng khác.
2.2- CÔNG SUẤT BỨC XẠ (PHÁT).
2.2.1. Công su t b c x ng h ng t ng ng (EIRP).ấ ứ ạđẳ ướ ươ đươ

Công suất được bức xạ trên một đơn vị góc đặc bởi một anten đẳng hướng
được cung cấp từ một nguồn công suất tần số vô tuyến P
T
được xác định bởi
biểu thức :
P
T
/ 4π (W / Steradian)
Tại một hướng, với giá trị độ tăng ích của truyền dẫn là G
T
bức xạ công
suất của bất kỳ anten nào trên một đơn vị góc đầy tương đương với :
G
T
.P
T
/ 4π (W / Steradian)
Tích (G
T
.P
T
) được gọi là công suất bức xạ đẳng hướng tương đương với kí
hiệu là EIRP, đơn vị là W.
2.2.2. M t thông l ng công su t.ậ độ ượ ấ
Bề mặt của điện tích hiệu dụng A nằm cách anten phát một khoảng R
trương cung một góc đầy A/R
2
đối với anten phát, nó nhận công suất P
R
bằng

với giá trị :
P
R
= (G
T
.P
T
/4πR
2
)/(A/R
2
) = φ.A (W)
Đại lượng φ = G
T
.P
T
/4πR
2
được gọi là mật độ thông lượng, đơn vị của nó
là W/m
2
.
2.3- CÔNG SUẤT TÍN HIỆU THU.
2.3.1.Công suất nhận được bởi anten thu.
Sinh viªn NguyÔn Xu©n Hoµng
14
Hình 2.3. Công suất thu được từ anten thu.
Một anten thu có diện tích hiệu dụng A
Reff
cách anten phát một khoảng

cách R, thu được công suất là : P
R
= φ. A
Reff
= G
T
.P
T
/4πR
2
. A
Reff
(W)
Diện tích tương đương của một anten được biểu diễn với độ tăng ích G
R
của anten thu thông qua biểu thức : A
Reff
= G
T
.P
T
/ (4π/λ
2
)
Do đó công suất thu được là :
P
R
= (G
T
.P

T
/4πR
2
)( λ
2
/4π).G
R
= (G
T
.P
T
)( λ/4πR)
2
.G
R


= (G
T
.P
T
)(1/L
ES
).G
R
(2.7)

Trong đó L
ES
= (4πR/λ)

2
được gọi là suy hao không gian tự do và biểu thị
cho tỷ số công suất thu và phát trong một liên lạc giữa hai anten đẳng hướng.
2.3.2.Trường hợp thực tế.
Trong trường hợp thực tế, cần phải tính đến những suy hao khác như :
-
Suy hao do sự suy giảm của các sóng khi truyền trong không gian.
-
Suy hao tại bản thân thiết bị thu và phát.
-
Suy hao do sự không thẳng hàng của anten.
-
Suy hao do sự phân cực ghép không đối xứng.

a. Sự suy giảm trong không khí.

Sự suy giảm của các sóng trong khí quyển được xác định bởi L
A
(A:Atmotphere), là sự xuất hiện các thành phần thể khí trong tầng đối lưu
(nước, mây, mưa, tuyết, . . .) và tầng iôn. Bởi vậy tác động tổng thể lên công
suất tín hiệu thu trong thực tế làm thay đổi L
ES
trong công thức (2.7) thành L
được gọi là suy hao tuyến.
Trong đó : L = L
ES
.L
A
b. Sự suy hao tại thiết bị thu và phát.
Sinh viªn NguyÔn Xu©n Hoµng

15

Hình 2.4. Suy hao trên thiết bị đầu cuối.
-
Suy hao L
FTX
giữa máy phát và anten : để cấp cho anten một công suất
P
T
cần cấp một công suất P
TX
tại đầu ra máy khuếch đại phát là :
P
TX
= P
T
.L
FTX
(W)
-
Công suất của bộ khuếch đại phát có thể biểu thị dưới dạng hàm của
thông số EIRP, do đó công suất bức xạ đẳng hướng hiệu dụng EIRP có
thể viết :
EIRP = P
T
.G
T
= (P
T
.G

T
)/L
FTX
(W)
-
Suy hao giữa anten và máy thu : Công suất tín hiệu P
RX
tại đầu vào của
máy thu được xác định bởi biểu thức :
P
RX
= P
R
/L
FRX
c. Suy hao do sự không thẳng hàng của anten.
Hình 2.5. Mô tả hình học biểu thị sự không thẳng hàng giữa hai anten
thu và phát.
Sinh viªn NguyÔn Xu©n Hoµng
16
L
T
là suy hao do sự không thẳng hàng trên tuyến phát còn L
R
là suy hao do
sự không thẳng trên tuyến thu. Những suy hao này là hàm của các góc không
thẳng hàng trên tuyến phát (α
T
) và trên tuyến thu (α
R

) được xác định theo
công thức :
G(α)
dB
= G
Max.dB
– 12.( α/θ
3dB
)
2
Giá trị của chúng tính theo dB được xác định bởi :
L
T
= 12. ( α
T
/θ
3dB
)
2
(dB)
L
R
= 12. ( α
R
/θ
3dB
)
2
(dB)
d. Suy hao do ghép không đối xứng phân cực.

Cần phải tính đến suy hao do sự ghép không đối xứng L
POL
của phân cực
khi anten thu không được định hướng tương đương với sự phân cực của sóng
được thu. Trong một liên lạc với phân cực tròn, sóng được phát bị phân cực
tròn trên trục của anten và trở thành Elip khi rời trục anten. Việc truyền qua
tầng khí quyển có thể làm thay đổi phân cực tròn thành phân cực Elip. Trong
liên lạc phân cực đường thẳng, sóng có thể bị quay trong mặt phẳng phân cực
của nó khi nó truyền qua tầng khí quyển.
Cuối cùng, anten thu có thể không có mặt phẳng phân cực tương ứng với
mặt phẳng phân cực của sóng tới. Nếu γ là góc giữa hai mặt phẳng, suy hao
do sự ghép không đối xứng của phân cực đó có giá trị L
POL
(dB) = 20log(cosγ)
Trong trường hợp anten thu phân cực tròn nhưng thu sóng phân cực trong mặt
phẳng thì giá trị L
POL
= 3dB.
Giả sử rằng nếu tính tất cả các nguồn của suy hao, công thức (2.7) của
công suất tín hiệu thu tại đầu vào máy thu trở thành : (2.8)
P
R
.G
Max
1 G
R Max

P
RX
= (2.8)

L
T
.L
FTX
L
ES
. L
A
L
R
.L
FRN
.L
POL

e. Kết luận
Biểu thức (2.7) và (2.8) biểu diễn công suất của tín hiệu tại đầu vào của
máy thu là cùng một dạng; chúng là tích của 3 thành phần :
(1) : (EIRP) nêu đặc tính của tín hiệu phát.
(2) : (1/L) nêu dặc tính của môi trường truyền dẫn.
(3) : (Độ tăng ích của máy thu) nêu đặc tính của thiết bị thu.
Ở dạng tổng quát nhất như trong biểu thức (2.8) thì giá trị của 3 thành
phần này là :
EIRP = P
TX
.G
Tmax
/L
T
.L

FTX
(W)
Sinh viªn NguyÔn Xu©n Hoµng
17
Biểu thức này tính đến sự suy hao L
FTX
giữa máy khuếch đại phát với anten
và sự suy giảm độ tăng ích của anten L
T
do sự không thẳng hàng của anten
phát.
1/L = 1/L
ES
.L
A
Suy hao tuyến L tính đến sự suy giảm bề mặt tự do L
ES
và sự suy giảm
trong tầng khí quyển L
A
.
Độ tăng ích của thiết bị thu :
G
R max
G =
L
R
. L
FRX
. L

POL
Công thức này có tính đến suy hao L
FRX
giữa máy thu và anten thu, suy hao
của độ tăng ích anten L
R
do sự không thẳng hàng của anten thu và các suy hao
do sự phân cực của ghép không đối xứng L
POL
.
2.4- CÔNG SUẤT TẠP ÂM TẠI ĐẦU VÀO MÁY THU.
2.4.1.Nguồn gốc gây tạp âm.

Tạp âm là một dạng tín hiệu khoong chứa thông tin được truyền lẫn với tín
hiệu mang thông tin. Nó làm giảm độ chính xác khi hồi phục nội dung thông
tin được truyền tại máy thu.
Nguồn gây ra tạp âm bao gồm các nguồn sau:
-
Tạp âm được phát ra từ những nguồn bức xạ tự nhiên trong vùng thu
sóng của anten.
-
Tạp âm được tạo bởi các thành phần điện tử trong bản thân thiết bị.
Các tín hiệu từ máy phát khác mà không phải là thông tin cần truyền cũng
được coi là tạp âm, tạp âm này được gọi là nhiễu.
2.4.2.Định nghĩa và đặc trưng của tạp âm.
Công suất tạp âm gây hại là những nguồn công suất tạp âm xuất hiện trong
băng tần của tín hiệu mang thông tin. Thông thường nó là nguồn công suất tại
máy thu. Dạng tạp âm thường hay xuất hiện là tạp âm trắng có mật độ phổ
công suất N
0

(W/Hz) và là hằng của băng tần có liên quan.
N
0
(T) (W/Hz)
N
0

B Tần số (Hz)
Hình 2.6. Mật độ phổ của tạp âm trắng.
Sinh viªn NguyÔn Xu©n Hoµng
18
Công suất tạp âm tương đương N(W) được đo bằng độ rộng băng B
N
(Hz)
và có giá trị
N = N
0
.B
N
(W) (2.9)
Các nguồn tạp âm thực thường không phải là dạng mật độ công suất không
đổi nhưng dạng tạp âm thực rất dễ quan sát với độ rộng băng tần giới hạn.
a. Nhiệt độ tạp âm của nguồn tạp âm 2 cực.
Nhiệt độ tạp âm của một nguồn tạp âm của phần tử hai cổng (phần tử hai
cực) cung cấp một nguồn công suất tạp âm N được xác định theo biểu thức :
T = N / kB = N
0
/ k (K) (2.10)
Trong đó : k là hằng số Boltman có giá trị
k = 1,736.10

-23
= -228,6 dB (W/Hzk)
T đặc trưng cho nhiệt độ nhiệt động của trở kháng tạo ra công suất tạp âm
nội tại và công suất đó được xem như là một nguồn bù.
(Nhiệt độ vật lý
có thể khác T)
Hình 2.7. Mô tả định nghĩa về nhiệt độ của nguồn tạp âm.
Công suất tạp âm nội tại là công suất được cung cấp bởi nguồn tới thiết bị
mà có trở kháng bằng trơe kháng của nguồn.
b. Nhiệt độ tạp âm của phần tử 4 cực.
Nhiệt độ tạp âm T
C
của phần tử 4 cực là nhiệt độ nhiệt động của trở kháng
mà được đặt tại đầu vào của 4 cực được coi là không có chiêù, tạo ra cùng
công suất tạp âm nội tại ở đầu ra của phần tử như phần tử thực không có tạp
âm ở đầu vào. Do đó T
C
là đại lượng do tạp âm phát sinh bởi thành phần bên
trong của phần tử 4 cực.
Dạng công suất tạp âm của phần tử 4 cực là tỷ số giữa công suất tạp âm
nội tại đầu ra của phần tử và công suất do nguồn tạp âm đó sinh ra tại đầu vào
của phần tử có nhiệt độ tạp âm bằng nhiệt độ tham chiếu T
0
= 290
0
K.
Giả sử rằng phần tử có độ tăng ích là G, độ rộng băng tần là B và được
truyền một nguồn nhiệt tạp âm bằng nhiệt độ T
0
;

Tổng công suất tại đầu ra là :
G.K.(T
C
+T
0
).B
Công suất thành phần xuất hiện từ nguồn này là : G.k.T
0
.B
Sinh viªn NguyÔn Xu©n Hoµng
19
Nguồn tạp
âm
Nhiệt độ vật
lý T
Công suất tạp âm
nội tại W:
N = k.T.B
Dạng tạp âm sẽ là : [ G.k(T
C
+T
0
).B] T
C
F = = 1 +
G.k.T
0
.B T
0

Không tạp âm
đầu vào T = 0
Nhiệt độ vật lý
T = T
0
Hình 2.8. Nhiệt độ tạp âm tương đương ở đầu vào.
2.4.3.Nhiệt độ tạp âm của anten.
Một anten có thể thu thập tạp nhiễu từ các phần tử bức xạ theo dạng đồ thị
phương hướng bức xạ của anten. Đầu vào tạp âm từ anten là hàm của hướng
đặt anten, đồ thị bức xạ của anten và trạng thái môi trường xung quanh nó.
Giả sử anten có nguồn tạp âm được đặc tính hoá bởi nhiệt độ tạp âm được gọi
là nhiệt độ tạp âm của anten T
A
(K).
Gọi T
b
(φ,ϕ) là nhiệt độ của phần tử bức xạ tương ứng với góc phương
hướng (φ,ϕ), tại đó độ tăng ích của anten có giá trị là G(φ,ϕ).
Nhiệt độ tạp âm của anten trong trường hợp này được tính bởi sự tích hợp
các nguồn tạp âm của tất cả các phần tử bức xạ trong đồ thị phương hướng
bức xạ của anten. Do đó, nhiệt độ tạp âm của anten là :
1
T
A
= ∫∫ T
B
(φ,ϕ) . G(φ,ϕ) dΩ
4π
2.4.4. Nhiệt độ tạp âm của suy giảm.

Suy giảm là phần tử 4 cực mà trong đó chỉ bao gồm các thành phần thụ
động(chúng có thể được xem như là các trở kháng) tại nhiệt độ T
F
thường là
nhiệt độ xung quanh. Nếu L
F
là sự suy giảm gây ra bởi phần tử suy giảm thì
nhiệt độ tạp âm của phần tử suy giảm là : T
E
= (L
F
- 1). T
F
Sinh viªn NguyÔn Xu©n Hoµng
20
Hệ thống trực
Hệ thống
không tạp âm
Cùng công suất
tạp âm :
N = k.T
0
.G.B
Nếu T
F
= T
0
dạng tạp âm của phần tử suy giảm, thông qua sự so sánh các
biểu thức (2.9) và (2.10) là : F
F

= L
F
2.4.5. Nhiệt độ tạp âm của thiết bị bao gồm một số phần tử nối
tầng.
Giả sử một thiết bị bao gồm một chuỗi N phần tử 4 cực nối tầng, mỗi phần
tử j có độ tăng ích G
j
(j = 1,2,…,N) và nhiệt độ tạp âm T
e
.
Nhiệt độ tạp âm của thiết bị được tính theo biểu thức :
T
e2
T
e3
T
eN

T
e
= T
e1
+ + +……+
G
1
G
1
.G
2
G

1
.G
2
….G
N-1

Hệ số tạp âm sẽ là :
(F
2
– 1) (F
3
–1) (F
N
– 1)
F = F
1
+ + +……+
G
1
G
1
.G
2
G
1
.G
2
….G
N-1

2.4.6. Kết luận.
Việc gây nên tạp âm tại hệ thống thu được xác định bởi nhiệt độ tạp âm tại
một điểm cụ thể trong hệ thống hầu hết là ở đầu vào máy thu ; nhiệt độ tạp âm
này được gọi là nhiệt độ tạp âm của hệ thống. Noa được tính bởi tổng tất cả
nhiệt độ tạp âm tương đương với nhiễu được phát sinh xuôi của điểm được
xem xét.
2.5- TỶ SỐ TÍN HIỆU / TẠP ÂM TẠI ĐẦU VÀO MÁY THU.
2.5.1. Định nghĩa.
Tỷ số tín hiệu / tạp âm cho phép xác định đại lượng tương đối của tín hiệu
thu với tạp âm xuất hiện tại đầu vào máy thu. Một vài tỷ số để xác định đại
lượng tương đối này có thể được xem xét dưới các dạng sau :
+ Tỷ số giữa công suất tín hiệu và công suất tạp âm : Thường được dùng
để xác định công suất của sóng mang được điều chế và được ký hiệu bởi C.
Nếu công suất tạp âm là N thì tỷ số này được viết là C/N.
+ Tỷ số giữa công suất tín hiệu và mật độ phổ của tạp âm : tỷ số này được
ký hiệu là C/N
0
với đơn vị thứ nguyên là Hz. So với tỷ số C/N thì việc sử
dụng tỷ số này thuận tiện hơn bởi vì không phải lúc nào ta cung xác định
trước được độ rộng băng tần được sử dụng.
+ Tỷ số giữa công suất tín hiệu và nhiệt độ tạp âm : Tỷ số này phát sinh từ
tỷ số C/N
0
do việc nhân thêm hằng số Bolzman k, nó được ký hiệu là C/T và
có thứ nguyên là W/K.
Sinh viªn NguyÔn Xu©n Hoµng
21
Tỷ số C/N
0
được sử dụng rộng rãi trong thực tế và được sử dụng trong các

phần sau.
2.5.2.Biểu thức tính tín hiệu /tạp âm.
Công suất tín hiệu thu tại đầu vào máy thu được xác định bởi biểu thức
(2.8). Do đó công suất sóng mang C tại đầu vào máy thu có giá trị : C = P
RX
Mật độ phổ tạp âm tại cùng một điểm là : N
0
= k.T
Trong đó : T = T
A
+ (L
FRX
- 1).T
F
+ T
R
/G
FRX
(K)
T
A
: Nhiệt độ tạp âm của anten
Từ đó, sẽ có :
[(F
TX
.G
Tmax
/ L
T
.L

FTX
)(1/ L
FS
.L
A
)(G
Rmax
/ L
R
.L
FRX
.L
POL
)]
C / N
0
=
[T
A
/ L
FRX
+ T(1 – 1/ L
FRX
) + T
R
](1/k)
Biểu thức này được hiểu với ý nghĩa như sau :
(EIRP máy phát).( t ng ích máy thu) Độ ă
C / N
0

=
(Suy hao tuyến).(Nhiệt độ tạp âm).k
(C/N
0
) cũng có thể được biểu diễn dưới dạng hàm số của mật độ thông lượng
công suất φ :
C/N
0
= φ(λ
2
/4π).(độ lợi máy thu/nhiệt độ tạp âm).(1/k)
Trong đó : φ = (EIRP máy phát)/( 4πR
2
) (W/m
2
)
Như vậy, ta có thể thấy rằng giá trị C/N
0
không phụ thuộc vào điểm được
chọ tại đầu thu cung như công suất tín hiệu và mật độ phổ công suất tạp âm
được tính tại cùng một điểm.
2.5.3. Tỷ số G/T của thiết bị thu.
Biểu thức C/N
0
so thấy C/N
0
bao gồm 3 thành phần :
(1) .EIRP nêu đặc tính của thiết bị phát.
(2) .1/L = 1/L
FS

.L
A
nêu đặc tính của môi trường truyền dẫn.
(3) .(Độ tăng ích của máy thu/Nhiệt độ tạp âm) nêu đặc tính của thiết bị
thu. Nó được gọi là tỷ số G/T của thiết bị thu.
Qua biểu thức C/N
0
có thể thấy rằng giá trị G/T của thiết bị thu là hàm của
nhiệt độ tạp âm anten T
A
và nhiệt độ tạp âm tương đương T
R
của thiết bị thu.
2.5.4. Nhiệt độ tạp âm anten.
Ở đây cần xem xét hai trường hợp sau :
-
Anten vệ tinh (tuyến lên).
-
Anten trạm mặt đất (tuyến xuống).
a. Anten vệ tinh (tuyến lên).
Tạp âm thu bởi anten là những tạp âm từ trái đất và từ không gian vũ trụ.
Độ rộng búp sóng của anten vệ tinh bằng huặc nhỏ hơn góc nhìn của trái đất
từ vệ tinh, đối với vệ tinh địa tĩnh thì góc này bằng 17,5
0
. Đối với độ rộng búp
Sinh viªn NguyÔn Xu©n Hoµng
22
sóng nhỏ hơn (búp sóng hẹp) nhiệt độ tạp âm của anten phụ thuộc vào tần số
và diện tích vùng được phủ sóng.
Cần lưu ý rằng các lục địa bức xạ ra tạp âm nhiều hơn so với các đại dương.

b. Anten trạm mặt đất (tuyến xuống).
Hình 2.9. Tuyến xuống (Trời trong).
Hình 2.10. Tuyến xuống (Trời mưa).
* Điều kiện trời trong :
Tại các tần số lớn hơn 2GHz thì tạp âm sinh ra chủ yếu ở những vùng ion
hoá trong tầng khí quyển. Trong trường hợp trong tầng khí quyển không hình
thành các yếu tố khí tượng thuỷ văn (trời trong) thì tạp âm ở anten thu của
trạm mặt đất bao gồm chủ yếu do tác động của không gian và của mặt đất.
Ở đây có thể thấy rằng nhiệt độ tạp âm của anten giảm khi góc ngẫng tăng.
Bức xạ mặt trời từ những vùng xung quanh trạm mặt đất có tác động vào các
múi phụ của đồ thị phương hướng bức xạ của anten và một phần múi chính
khi góc ngẫng của đồ thị phương hướng anten có giá trị nhỏ.
Giá trị tác động vào mỗi múi được xác định theo biểu thức :
T
i
= G
i
(Ω
i
/ 4π).T
G
Trong đó : G
i
là độ tăng ích của mức ứng với góc đặc Ω và T
G
là nhiệt độ
chiếu sáng của mặt đất.
Sinh viªn NguyÔn Xu©n Hoµng
23
Hình 2.11. Các giá trị điển hình của nhiệt độ tạp âm T

A
của anten phụ thuộc
vào góc ngẫng E.
+ Các số liệu gần đúng của CCIR :
-
T
G
= 290
0
K đối với các múi phụ khi góc ngẫng E < -10
0
-
T
G
= 150
0
K khi góc ngẫng –10
0
< E < 0
0
-
T
G
= 50
0
K khi góc ngẫng 0
0
< E < 10
0
-

T
G
= 10
0
K khi góc ngẫng 10
0
< E < 90
0
Nhiệt độ tạp âm đó sẽ giá trị T
A
= T
KG
- T
MD
Trong đó : T
KG
- nhiệt độ tạp âm trong không gian
T
MD
- nhiệt đọ tạp âm mặt đất
Nhiệt độ tạp âm này có thể được cộng thêm các nguồn phát sinh khác nằm
lân cận anten.
Đối với các trạm mặt đất hướng về vệ tinh điạ tĩnh thì chỉ cần tính đến tác
động của mặt trời và mặt trăng. Mặt trời và mặt trăng có góc nhìn là 0,5
0
.
* Trong trời có mưa :
Nhiệt độ tạp âm của anten sẽ tăng khi tồn tại các điều kiện khí tượng thuỷ
văn như mây, mưa, …
Trong trường hợp này, nhiệt độ tạp âm của anten sẽ được xác định theo

biểu thức :
T
A
= T
KG
/ A
mưa
+ T
m
(1 – 1/A
mưa
) + T
MD
Trong đó : T
KG
là nhiệt độ tạp âm của không gian
A
mưa
– suy giảm do mưa
T
m
– nhiệt độ nhiệt động (giá trị của T
m
trong khoảng
260K÷280K)

Từ đây có thể rút ra kết luận là nhiệt độ tạp âm T
A
của anten là hàm số của
+ Tần số tín hiệu.

+ Góc ngẫng của anten.
+ Các điều kiện của khí quyển (trời trong huặc trời mưa huặc mây mù)
Sinh viªn NguyÔn Xu©n Hoµng
24
Việc xác định các thông số đó đối với trạm mặt đất phù hợp vào tong
trường hợp cụ thể.
2.5.5. Nhiệt độ tạp âm của máy thu.
T
A
= T
LNA
+ T
MX
/ G
LNA
+ T
IF
/ (G
LNA
.G
MX
)
Ví dụ: Bộ khuếch đại tạp âm thấp (LNA)
T
LNA
= 150
0
K ; G
LNA
= 50dB.

,
Bộ trộn : T
MX
= 850K, G
MX
= -10dB (L
MX
= 10dB)
.
Bộ khuếch đại trung tần : T
IF
= 400K, G
IF
= 30dB
Do đó nhiệt độ tạp âm của máy thu sẽ là :
T
R
= 150 + 850 / 10
3
+ 400 / (10
3
.10
1
) = 150K
2.6- TỶ SỐ TÍN HIỆU / TẠP ÂM CỦA MỘT TUYẾN LIÊN
LẠC VỆ TINH ĐƠN (TRẠM – TRẠM).
Ở mục (2.5) đã trình bày biểu thức tính tỷ số tín hiệu / tạp âm (C/N
0
) của
đường lên và đường xuống quyết định liên lạc giữa hai trạm. Ở đây các biểu

thức đó vẫn được dùng để thiết lập biểu thức của tỷ số C/N
0
trong tổng liên
kết giữa hai trạm.
Các ký hiệu sau được sử dụng :
-
(C / N
0
)
U
biểu thị cho tỷ số tín hiệu / tạp âm của đường lên.
-
(C / N
0
)
D
biểu thị cho tỷ số tín hiệu / tạp âm của đường xuống.
-
(C / N
0
)
I
biểu thị cho tỷ số tín hiệu / tạp âm của liên lạc tổng thể.
2.6.1. Bộ lặp của vệ tinh.
B l p có hai choc n ng sau :ộ ặ ă
-
Khuếch đại công suất tín hiệu thu.
-
Thay đổi tần số sóng mang.
Trong ph n n y ch nói n b l c quy c, không có i u ch sóng mangầ à ỉ đế ộ ọ ướ đề ế

v liên l c gi a hai tr m m t t l liên l c n có ngh a l b l p ch h trà ạ ữ ạ ặ đấ à ạ đơ ĩ à ộ ặ ỉ ỗ ợ
sóng mang n.đơ
a. Đặc tuyến chuyển giao.
Theo quan điểm công suất thì việc thay đổi tần số là trong suốt. Đặc tuyến
chuyển giao giữa công suất đầu vào máy thu trên vệ tinh xác định bởi (P
i
) với
(P
i
1
) = P
RX
và công suất tại đầu ra máy khuếch đại đường truyền xác định bởi
(P
0
1
) với (P
0
1
) = P
LX
. Trong đó tỷ số ‘i’ biểu thị đầu vào, chỉ số ‘0’ biểu thị đầu
ra và chỉ số 1 biểu thị vận hành sóng mang đơn. Quan sát bản chất phi tuyến
của đặc tính này, công suất đầu ra tăng cùng với công suất đầu vào đến khi nó
đạt giá trị (P
i
1
)
SAT
, tại đó công suất đầu ra vượt quá giá trị lớn nhất gọi là

“công suất đầu ra bão hoà” biểu thị bằng (P
i
1
)
SAT
(SAT – biểu thị sự bão hoà).
b. Đầu vào và đầu ra bão hoà.
Công suất đầu ra tại điểm bão hoà nói chung là công suất có liên quan tới
công suất của máy khuếch đại đường truyền. Công suất đầu vào và đầu ra
được chuẩn hoá đối với các giá trị bão hoà của chúng. Do đó :
Sinh viªn NguyÔn Xu©n Hoµng
25