Bài giảng thông tin vệ tinh dành cho hệ đào tạo dài hạn ppsx

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (908.64 KB, 69 trang )

Bài giảng thông
tin vệ tinh dành
cho hệ đào tạo
dài hạn
Nguyễn Trung Tấn Trung tâm Kỹ thuật Viễn thông
Khoa Vô tuyến Điện tử Học viện Kỹ thuật Quân sự
Bi giảng thông tin vệ tinh
dùng cho hệ đào tạo dài hạn
(45 tiết- dự thảo)
Chơng 1: Tổng quan về thông tin vệ tinh (8 tiết)
1.1. Lịch sử phát triển thông tin vệ tinh.
Vào cuối thế kỷ 19, nhà bác học Nga Tsiolkovsky (1857-1035) đã đa ra các khái niệm
cơ bản về tên lửa đẩy dùng nhiên liệu lỏng. Ông cũng đa ra ý tởng về tên lửa đẩy nhiều
tầng, các tàu vũ trụ có ngời điều khiển dùng để thăm dò vũ trụ.
Năm 1926 Robert Hutchinson Goddard thử nghiệm thành công tên lửa đẩy dùng nhiên
liệu lỏng.
Tháng 5 năm 1945 Arthur Clarke nhà vật lý nổi tiếng ngời Anh đồng thời là tác giả
của mô hình viễn tởng thông tin toàn cầu, đã đa ra ý tởng sử dụng một hệ thống gồm 3
vệ tinh địa tĩnh dùng để phát thanh quảng bá trên toàn thế giới.
Tháng 10 / 1957 lần đầu tiên trên thế giới, Liên Xô phóng thành công vệ tinh nhân tạo
SPUTNIK 1. Đánh dấu một kỷ nguyên về TTVT.
Năm 1958 bức điện đầu tiên đợc phát qua vệ tinh SCORE của Mỹ, bay ở quỹ đạo
thấp.
Năm 1964 thành lập tổ chức TTVT quốc tế INTELSAT.
Năm 1965 ra đời hệ thống TTVT thơng mại đầu tiên INTELSAT-1 với tên gọi Early
Bird.
Cuối năm 1965 Liên Xô phóng TTVT MOLNYA lên quỹ đạo elíp.

Năm 1971 thành lập tổ chức TTVT quốc tế INTERSPUTNIK gồm Liên Xô và 9 nớc
XHCN.
Năm 1972-1976 Canada, Mỹ, Liên Xô và Indonesia sử dụng vệ tinh cho thông tin nội
địa.
Năm 1979 thành lập tổ chức thông tin hàng hải quốc tế qua vệ tinh INMARSAT.
Năm 1984 Nhật bản đa vào sử dụng hệ thống truyền hình trực tiếp qua vệ tinh.
Năm 1987 Thử nghiệm thành công vệ tinh phục vụ cho thông tin di động qua vệ tinh.
Thời kỳ những năm 1999 đến nay, ra đời ý tởng và hình thành những hệ thống thông
tin di động và thông tin băng rộng toàn cầu sử dụng vệ tinh. Các hệ thống điển hình nh
GLOBAL STAR, IRIDIUM, ICO, SKYBRIGDE, TELEDESIC.
Một số mốc đánh dấu sự phát triển của hệ thống TTVT ở Việt Nam
:
Năm 1980 khánh thành trạm TTVT mặt đất Hoasen-1, nằm trong hệ thống TTVT
INTERPUTNIK, đợc đặt tạo làng Do Lễ Kim Bảng Hà Nam. Đài Hoasen-1 là sản
Trang:
1
phẩm của nhà nớc Liên Xô tặng nhân dân Việt Nam và đã kịp thời truyền đi trực tiếp
những hình ảnh về Olimpic 1980 tổ chức tại Liên Xô.
Năm 1984 khánh thành trạm mặt đất Hoasen-2 đặt tại Tp. HCM.
Ngày 24/9/1998 Thủ tớng chính phủ ra quyết định 868/QĐ-TTG về việc thông qua
báo cáo tiền khả thi dự án phóng vệ tinh viễn thông ViNaSAT lên quỹ đạo địa tĩnh do
tổng công ty Bu chính viễn thông Việt Nam làm chủ đầu t.
Hiện nay mạng lới thông tin vệ tinh của việt nam đang chỉ sử dụng các trạm mặt đất
nh: Đài truyền hình Việt Nam thuê vệ tinh MEASAT và THAICOM-3, đài tiếg nói Việt
Nam thuê vệ tinh PALAPA để phát thanh chơng trình quốc tế
1.2. Quỹ đạo của vệ tinh.
các vệ tinh trên quỹ đạo đợc phân biệt bởi các tham số sau đây:
- Dạng của quỹ đạo (tròn hay ellip)
- Độ cao của quỹ đạo so với mặt đất.
- Độ nghiêng của mặt phẳng quỹ đạo so với mặt phẳng xích đạo.

Sự chuyển động của vệ tinh vòng quanh trái đất đợc tuân theo định luật Kepler, đây là
định luật xác định quy luật chuyển động của hành tinh xung quanh mặt trời. Nh vậy, vệ
tinh quỹ đạo trái đất buộc phải chuyển động theo một quỹ đạo mà mặt phẳng quỹ đạo của
nó đi qua tâm trái đất.
Định luật kepler thứ nhất
:
Vệ tinh chuyển động vòng quanh trái đất theo một quỹ đạo Ellip với tâm trái đất
nằm ở một trong hai tiêu điểm của Ellip. Điểm xa nhất của quỹ đạo so với tâm trái đất
nằm ở phía của tiêu điểm thứ hai, đợc gọi là viễn điểm còn điểm gần nhất của quỹ đạo
đợc gọi là cận điểm
a: Bán trục dài
b: Bán trục ngắn
h
a
: Độ cao viễn điểm
h
b
: Độ cao cận điểm
e: Độ lệch tâm xác định hình dạng ellip .
a
ba
e
22

=

ý nghĩa
:
- Vệ tinh chuyển động theo quỹ đạo tròn hoặc Ellip.
- Tâm trái đất nằm 1 trong 2 tiêu điểm của quỹ đạo Ellip.

- Nếu là quỹ đạo tròn thì tâm của quỹ đạo trùng với tâm của trái đất.
- Khi e = 0, thì quỹ đạo vệ tinh là quỹ đạo tròn.
b. Định luật kepler thứ hai
:
2a
2b
h
a

h
b

Trang:
2
Vệ tinh chuyển động theo một quỹ đạo với vận tốc thay đổi sao cho đờng nối giữa tâm
trái đất và vệ tinh sẽ quét các diện tích bằng nhau khi vệ tinh chuyển động trong cùng một
thời gian nh nhau.
Với: T
1
= T
2
thì S
1
= S
2
ý nghĩa:
- Vệ tinh chuyển động với vận tốc nhanh hơn
khi gần trái đất và chậm hơn khi xa trái đất.
- Vận tốc chuyển động của vệ tinh trên quỹ
đạo tròn là không đổi và đợc xác định:

Vệ tinh bay ở quỹ đạo tròn có bán kính R sẽ
là một đại lợng không đổi, đợc xác định khi thực hiện phép lấy cân bằng lực hút và lực
ly tâm
R
mV
R
mMG
2
2
= , có vận tốc là
()
sKm
R
R
GM
V /
630
== và chu kỳ là
(s) 10
2
32
R
V
R
T

=

.
Trong đó:

+ G là hằng số hấp dẫn (6,674.10
-8
cm
3
/gs
2
)
+ M là khối lợng của trái đất (5,974.10
27
g)
+ m là khối lợng của quả vệ tinh (g)
+ R là khoảng cách từ tâm trái đất đến vệ tinh (km)
c. Định luật kepler thứ ba
:
Bình phơng của chu kỳ quay tỷ lệ thuận với luỹ thừa bậc ba của bán trục lớn của quỹ
đạo Ellip.
32
kaT = ,
k là hệ số tỷ lệ, có giá trị không đổi đối với một vật thể xác định trên quỹ đạo.
1.2.2. Các quỹ đạo
a. Quỹ đạo đồng bộ - đĩa tĩnh (GEO - Geostationalry Earth Orbit)
:

Là quỹ đạo thoả mãn các điều kiện sau:
S
1
S
2
V
max
V
min
T
2
T
1
Quả đấ
t

Quỹ đạo địa tĩnh
Đ
ờng xích đạo
62.000Km
36.000Km
r
E
mMG/R
2
-mV
2
/R
V

Trang:
3
- Là quỹ đạo đồng bộ với trái đất: có nghĩa là chu kỳ quay bằng chu kỳ quay của trái
đất xung quanh trục Bắc Nam.
- Mặt phẳng quỹ đạo năm trong mặt phẳng xích đạo của trái đất: có nghĩa là góc
nghiêng bằng 0.
- Có cùng chiều quay với chiều quay của trái đất: từ Tây sang Đông.
áp dụng các công thức trên ta có
Km 164.42
4
2
2
==

MGT
R
, độ cao của quả vệ tinh so
với mặt đất là 42.164 6378 = 35.786 Km 36.000Km, vận tốc V = 3,074662 Km/s và
chu kỳ T = 23
h
56 4,096 24 giờ .
Ưu điểm:
- Hiệu ứng Dopler rất nhỏ do đó việc điều chỉnh an ten trạm mặt đất là không cần
thiết.
- Vệ tinh đợc coi là đứng yên so với trạm mặt đất. Do vậy, đây là quĩ đạo lý tởng
cho các vệ tinh thông tin, nó đảm bảo thông tin ổn định và liên tục suốt 24 giờ trong ngày.
- Vùng phủ sóng của vệ tinh lớn, bằng 42,2% bề mặt trái đất.
- Các trạm mặt đất ở xa có thể liên lạc trực tiếp và hệ thống 3 quả vệ tinh có thể phủ
sóng toàn cầu.
Nhợc điểm:

+ Quĩ đạo địa tĩnh là quĩ đạo duy nhất tồn tại trong vũ trụ và đợc cọ là một tài nguyên
thiên nhiên có hạn. Tài nguyên này đang cạn kiệt do số lợng vệ tinh của các nớc phóng
lên ngày càng nhiều.
+ Không phủ sóng đợc những vùng có vĩ độ lớn hơn 81,3
0
.
+ Chất lợng đờng truyền phụ thuộc vào thời tiết.
+ Thời gian trễ truyền lan lớn, theo đờng ngắn nhất có:
Từ: trạm - vệ tinh - trạm (72.000Km) 240ms.
Từ: trạm - vệ tinh - trạm Hub - vệ tinh - trạm (154.000Km) 513ms.
Từ: trạm - vệ tinh - vệ tinh - trạm (134.000Km) 447ms.
+ Tính bảo mật không cao.
+ Suy hao công suất trong truyền sóng lớn (gần 200dB).
ứng dụng: Đợc sử dụng làm quỹ đạo cho vệ tinh thông tin bảo đảm thông tin cho các
vùng có vĩ độ nhỏ hơn 81,3
0
.
b. Quĩ đạo Ellip
:
Là quỹ đạo thoả mãn các điều kiện sau:
- Mặt phẳng quỹ đạo nghiêng so với mặt phẳng xích đạo 63
0
26
- Có viễn điểm = 40.000Km và cận điểm 500Km.
Quỹ đạo Ellip
40.000
K
Trang:
4
- Vệ tinh quay từ Tây sang Đông.

Ưu điểm:
- Phủ sóng đợc các vùng có vĩ độ cao > 81,3
0
.
- Góc ngẫng lớn nên giảm đợc tạp âm do mặt đất gây ra.
Nhợc điểm:
- Mỗi trạm phải có ít nhất 2 an ten và an ten phải có cơ cấu điều chỉnh chùm tia.
- Để đảm bảo liên lạc liên tục 24
h
thì phải cần nhiều vệ tinh.
ứng dụng: Đợc sử dụng làm quỹ đạo cho vệ tinh thông
tin bảo đảm thông tin cho các vùng có vĩ độ lớn hơn 81,3
0
.
c. Quĩ đạo LEO và MEO
:
Là quỹ đạo trong thoả mãn các điều kiện sau:
- Là quỹ đạo có độ cao 500Km < h < 20.000Km.
( 500Km < h < 10.000Km là LEO và 10.000Km < h < 20.000Km là MEO)
- Có vận tốc góc nhỏ lớn hơn vận tốc góc của trái đất.
- Có chiều quay từ Tây sang Đông.
Ưu điểm:
- Tổn hao đờng truyền nhỏ do vệ tinh bay ở độ cao thấp, nên phù hợp với thông tin di
động.
- Trễ truyền lan nhỏ.
Nhợc điểm:
- Để đảm bảo thông tin liên tục trong 24
h
và phủ sóng toàn cầu thì cần rất nhiều vệ tinh
(Để phủ sóng toàn cầu hệ thống Globalstar cần đến 48 vệ tinh (và 8 vệ tinh dự phòng) các

vệ tinh thông tin bay ở quĩ đạo tròn cách mặt đất 1410km, nghiêng 52
0
, các vệ tinh này
bay trên 8 mặt phẳng quĩ đạo mỗi mặt phẳng có 6 vệ tinh, chu kỳ vệ tinh 114 phút. Tập
đoàn Irdium (của Motorola) cần 66 + 6 vệ tinh bay ở quĩ đạo tròn nghiêng 84,6
0
cách mặt
đất 780km, các vệ tinh bay ở 11 mặt phẳng quĩ đạo, chu kỳ vệ tinh 106 phút).
- Mỗi trạm phải có ít nhất 2 an ten và an ten phải có cơ cấu điều chỉnh chùm tia.
- Điều khiển hệ thống TTVT rất phức tạp
- Tuổi thọ của vệ tinh không cao khi bay ở quỹ đạo LEO do thuộc vành đai Ion hoá.
ứng dụng: Đợc sử dụng làm quỹ đạo cho vệ tinh thông tin bảo đảm thông tin cho các
trạm mặt đất di động.
1.3. Hệ thống thông tin vệ tinh.
Một hệ thống thông tin vệ tinh bao gồm phần không gian và phần mặt đất.
Trang:
5
a. Phần không gian: bao gồm vệ tinh thông tin và các trạm điều khiển TT&C
(Telemetry, Tracking& Command: đo lờng từ xa, bám và lệnh) ở mặt đất. Đối với vệ
tinh bao gồm phân hệ thông tin (payload) và các phân hệ phụ trợ cho phân hệ thông tin:
- Phân hệ thông tin bao gồm hệ thống anten thu phát và tất cả các thiết bị điện tử hỗ
trợ truyền dẫn các sóng mang.
- Các phân hệ phụ trở gồm:
+ Khung vệ tinh
+ Phân hệ cung cấp năng lợng
+ Phân hệ điều khiển nhiệt độ
+ Phân hệ điều khiển quỹ đạo và t thế của vệ tinh
+ Phân hệ đẩy
+ Thiết bị TT&C

- Nhiệm vụ phân hệ thông tin:
+ Khuyếch đại sóng mang thu đợc phục vụ cho việc phát lại trên đờng xuống. Công
suất sóng mạng tại đầu vào của máy thu vệ tinh nằm trong khoảng 100 pW đến 1 PW.
Công suất sóng mang tại đầu ra bộ khuếch đại công suất cao nằm trong khoảng 10 W đến
100 W. Do vậy, bộ khuếch đại công suất của bộ phát đáp vệ tinh khoảng 100dB đến
130dB.
+ Thay đổi tần số sóng mang để tránh một phần công suất phát đi vào máy thu vệ tinh.
Để thực hiện các chức năng trên, vệ tinh hoạt động nh một trạm chuyển tiếp đơn
giải. Thay đổi tần số trên vệ tinh đợc thực hiện bằng các bộ đổi tần. vệ tinh loại này đợc
gọi là Transparent satellite. Nếu các sóng mang đợc giải điều chế trên vệ tinh, thay đổi
tần số sẽ đạt đợc bằng cách điều chế các sóng mang mới cho đờng xuống. Các vệ tinh
loại này đợc trang bị các bộ xử lý băng gốc và đợc gọi là Regenerative satellite.
b. Phần mặt đất
: bao gồm tất cả các trạm mặt đất, những trạm này thờng đợc nối trực
tiếp hoặc thông qua các mạng mặt đất để đến các thiết bị đầu cuối của ngời sử dụng.
Trạm
mặt đất 1
Quỹ đạo
Vệ tinh
Trạm

mặt đất 2
Đờng lên
(Uplink)
Đờng xuống
(Douwlink)
P
hần mặt đấ
t
P
hần không gian
Trạm điều khiển
TT&C
Trang:
6
Nhiệu vụ trạm mặt đất phát: Tiếp nhận các tín hiệu từ mạng mặt đất hoặc trực tiếp từ
các thiết bị đầu cuối của ngời sử dụng, xử lý các tín hiệu này trong trạm mặt đất sau đó
phát tín hiệu này ở tần số và mức độ công suất thích hợp cho sự hoạt động của vệ tinh.
Nhiệu vụ trạm mặt đất thu
: Thu các sóng mang trên đờng xuống của vệ tinh ở tần số
chọn trớc, xử lý tín hiệu này trong trạm để chuyển thành các tín hiệu băng gốc sau đó
cung cấp cho các mạng mặt đất hoặc trực tiếp tới các thiết bị đầu cuối của ngời sử dụng.
Một trạm mặt đất có thể có khả năng thu và phát lu lợng một cách đồng thời hoặc
trạm chỉ phát hoặc chỉ thu.
1.4. Đa truy nhập trong thông tin vệ tinh.
Trong thực tế, một bộ phát đáp có thể phục vụ cùng một lúc nhiều trạm mặt đất khác
nhau. Kỹ thuật đa truy nhập là kỹ thuật các trạm mặt đất truy nhập bộ phát đáp vệ tinh,
với yêu cầu sóng VTĐ từ các trạm mặt đất riêng lẻ không can nhiễu lẫn nhau.
a. Đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA)
:
Các trạm mặt đất sử dụng các tần số sóng mang khác nhau và cùng chung một bộ phát

đáp.

Ưu điểm:
- Thủ tục truy nhập đơn giản.
- Cấu hình trạm mặt đất đơn giản.
Nhợc điểm:
- Không linh hoạt thay đổi tuyến.
- Hiệu quả thấp khi sử dụng nhiều kênh, dung lợng thấp và chất lợng thấp.
b. Đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA)
:
Các trạm mặt đất sử dụng cùng một tần số sóng mang và cùng chung một bộ phát đáp
nhng dựa trên phân chia theo thời gian.

Ưu điểm:
f

t
f
A
f
B
f

C
f
D
f
A
Dải thôn
g
bộ
p
hát đá
p
F
requency Division
Multiple Access
f
t
f
0

A
B
C
D
A
Thời gian
1 khung
T
F
cùn
g

tần số F
T
F

p
hía
p
há
t
p
hía thu
A B
C
D E F
Trang:
7
- Linh hoạt trong thay đổi tuyến.
- Hiệu quả sử dụng tuyến cao ngay cả khi tăng số lợng trạm truy nhập
Nhợc điểm: Yêu cầu cầu đồng bộ cụm.
c. Đa truy nhập phân chia theo m (CDMA)
:
Các trạm mặt đất sử dụng cùng một tần số sóng mang và cùng chung một bộ phát đáp
nhng dựa trên phân chia theo mã.

Ưu điểm:
- Chịu đợc tạp nhiễu và méo.
- Chịu đợc sự thay đổi các thông số khác nhau của đờng truyền.
- Dung lợng cao.
- Bảo mật cao.
Nhợc điểm:

- Độ rộng băng tần truyền dẫn yêu cầu cao
- Hiệu quả sử dụng băng tần kém.
CDMA là kỹ thuật đa truy nhập mới và cấch lợng tốt nhất hiện nay!
d. Đa truy nhập phân chia theo không gian
(SDMA)
Việc phủ sóng các vùng khác nhau trên mặt đất và phơng pháp sử dụng các phân
cực sóng khác nhau thì với phổ tần giống nhau có thể sử dụng lại vài lần mà can nhiễu bị
hạn chế giữa các ngời sử dụng
- Phân cực: có các loại phân cực thẳng đứng (VP) và phân cực nằm ngang (HP).
Phân cực tròn có phân cực tròn bên trái (LHCP) và phân cực tròn bên phải (RHCP), có
thể đợc phát đi cùng tần số từ vệ tinh nhng với hai phân cực khác nhau mà các trạm mặt
đất thu đúng tín hiệu của trạm mình mà không bị can nhiễu do sử dụng các anten thu có
phân cực khác nhau.
- Vệ tinh với việc sử dụng các loại anten khác nhau có kích thớc khác nhau, có thể phủ
sóng lên mặt đất với các vùng phủ sóng có diện tích và hình dạng khác nhau. Có bốn dạng
phủ sóng cơ bản đó là: phủ sóng toàn cầu, là vùng phủ sóng rộng nhất mà vệ tinh có thể
phủ đợc; phủ sóng bán cầu là vùng phủ sóng một nửa bán cầu phía đông và phía tây của
quả đất; phủ sóng khu vực là vùng phủ sóng một khu vực khá lớn nh bắc Mỹ, châu Âu
hoặc Đông Nam á và vùng phủ sóng đốm là vùng phủ sóng với diện tích nhỏ nhất so
với ba vùng trên.
Nếu các vùng phủ sóng không chồng lấn lên nhau và năng lợng bức xạ của các búp phụ
phủ sóng lên các vùng khác thấp dới mức cho phép thì trong mỗi vùng phủ sóng đó có
thể sử dụng phổ tần nh nhau.
1.5. Phân bổ tần số trong thông tin vệ tinh.
f
f
0
A
B
C

Code Division
Multiple Access
Trang:
8
Phổ tần số vô tuyến điện là một nguồn tài nguyên thiên nhiên hữu hạn, vì vậy nhất
thiết phải sử dụng nguồn tài nguyên này một cách hợp lí, kinh tế và có hiệu quả.
a. Cửa sổ tần số vô tuyến điện

Đờng truyền của thông tin vệ tinh bị ảnh hởng chủ yếu do tầng điện ly ở tần số thấp và
do ma ở tần số cao. Dải tần 1GHzữ10GHz ít bị ảnh hởng bởi tầng điện ly và ma nên
đợc gọi là cựa sổ tần số VTĐ và đợc chỉ ra trong đồ thị sau:

Tuy nhiên, dải tần 1GHzữ10GHz cũng đợc sử dụng nhiều cho các đờng thông tin
vi ba trên mặt đất, do đó sẽ có sự can nhiễu lẫn nhau giữa hai hệ thống. Ngoài ra để
mở rông băng thông ngời ta phải chấp nhận sử dụng cả dải tần ngoài cửa sổ.
b. Bảng phân chia băng tần
Ký hiệu Dải tần Phạm vi sử dụng
L (1 - 2)GHz TTVT di động, phát thanh quảng bá, vô
tuyến định vị.
S (2 - 4) GHz TTVT di động, hàng hải
C (4 -8)GHz TTVT cố định
X (8 -12)GHz TTVT Quân sự và chính phủ

Ku (12 - 18)GHz TTVT cố định, truyền hình quảng bá.
K (18 -27)GHz Trạm cố định
Ka (27 -40)GHz TTVT cố định, truyền hình quảng bá, liên lạc
giữa các vệ tinh.
Sóng mm > 40GHz Liên lạc giữa các vệ tinh.
c. Phân bổ tần số trong thông tin vệ tinh
- Khu vực I (V1): Bao gồm Châu Âu, Châu Phi, một phần Châu á và Liên bang Nga.
- Khu vực II (V2): Các nớc nam và bắc Mỹ.
- Khu vực III (V3): Gồm Châu úc, phần còn lại của Châu á và Thái Bình Dơng. Trong
đó có Việt Nam.
GHz
Cửa sổ tần số vô
tu
y
ến đi
ệ
n
1
10
100

dB
0,1
1
5
10
50
100
Suy hao do
tầng điện ly

Suy hao do tầng
điện ly

Suy hao do
ma

Trang:
9
ITU phân chia dải tần theo vùng nh bảng sau.

1.6. Các loại hình dịch vụ trong trong thông tin vệ tinh.
Dự vào đặc điểm của vệ tinh thông ti là có khả năng phát quảng bá trên một vùng địa lý
rất rộng, thông tin vệ tinh đã đợc sử dụng để thành lập các tuyến thông tin điểm nối
điểm và điểm nối đa tiểm. Trên cơ sở các tuyến thông tin trên, thông tin vệ tinh đợc sử
dụng để cung cấp các dịch vụ cố định và di động. Một số loại dịch vụ sau:
a. Dịch vụ điện thoại đờng dài: cung cấp các tuyến đờng trục mà mạng mặt đất cha
triển khai tới hoặc khi các mạng mặt đất quá tải trong giờ cao điểm và làm tuyến dự
phòng cho các tuyến đờng trục mặt đất khi có sự cố.
b. Dịch vụ viễn thông nông thôn: cung cấp các dịch vụ viễn thông nh thoại, fax cho các
vùng xa xôi hẻo lánh, các hải đảo những nơi mà mạng mặt đất cha tới hoặc xây dựng
không kinh tế.
c. Mạng dùng riêng: cung cấp các dịch vụ viễn thông nh thoại, fax, truyền số liệu cho
các cơ quan nhà nớc, các công ty cần đờng truyền có độ sẵn sàng cao.
d. Dịch vụ lu động: cung cấp các dịch vụ truyền số liệu với tốc độ thấp giữa các đài di
động nh xe tải, tàu biển với trung tâm điều hành các đài di động.
e. Chuyển tiếp chơng trình truyền hình và phát thanh: cung cấp đờng truyền giữa các
trạm HUB của trung tâm truyền hình đến các trạm phát chuyển tiếp đặt tại các vị trí cách
xa trung tâm.
f. Truyền hình trực tiếp: cung cấp các kênh truyền hình mà ngời xem có thể thu trực tiếp
chơng trình từ vệ tinh bằng một anten thu có đờng kính 60 cm. Dịch vụ này khách hàng

trả tiền cớc phío hàng tháng tuỳ thuộc vào số kênh.
g. Dịch vụ băng tần theo yêu cầu: cung cấp các dịch vụ theo yêu cầu của khách hàng nh
truyền số liệu tốc độ cao có giao tiếp hoặc không có giao tiếp. Dịch vụ này khách hàng trả
tiền theo số lền truyền.
h. Dịch vụ Internet qua vệ tinh: cung cấp đ
ờng truyền dữ liệu tốc độ cao từ nhà cung cấp
dịch vụ Internet (IPS) đến các thuê bao dịch vụ.
i. Dịch vụ chuẩn đoán bệnh từ xa: cung cấp các dịch vụ t vấn y tế cho các bệnh viện ở xa
trung tâm y tế và giữa các trung tâm y tế với nhau.
j. Dịch vụ đào tạo từ xa: cung cấp dịch vụ đào tạo từ xa cho các trung tâm đào tạo.
1.7. Phóng vệ tinh, định vị v duy trì vệ tinh trên quỹ đạo.
a. Phóng vệ tinh lên quỹ đạo địa tĩnh
Phơng tiện phóng
:
- Dùng tàu con thoi: Loại này đợc dùng lại nhiều lần, độ tin cậy cao, giá thành đắt. Nh
tàu con thoi Mỹ, Colombia
Trang:
10
- Dùng tên lửa đẩy nhiều tầng: Loại này không sử dụng lại đợc, giá thành phóng rẻ,
ngày này dùng tên lửa đẩy nhiều tầng đang đợc sử dụng rộng rãi. Nh tên lửa Proton (Nga),
Delta (My), Long March (Trung Quốc).
Quá trình phóng vệ tinh lên quỹ đạo phụ thuộc vào loại tên lử đẩy, vị trí địa lý của bãi
phóng và các vấn đề liên quan đến phân hệ thông tin. Song phơng pháp phóng kinh tế và
quy chuẩn nhất là dự trên quỹ đạo chuyển tiếp Hohmann.
Phơng pháp phóng dựa trên quỹ đạo Hohmann
:

- Giai đoạn 1: Dùng tên lửa đẩy nhiều tầng để đa vệ tinh lên quỹ đạo LEO có độ cao
200Km, V = 7.784m/s.
- Giai đoạn 2: Tại điểm nâng của quỹ đạo LEO, dùng tên lửa đẩy nhiều tầng thực hiện
tăng tốc với V
Phóng
= 10.234m/s để đa vệ tinh sang quỹ đạo chuyển tiếp Ellip có viễn
điểm thuộc quỹ đạo địa tĩnh (h=35.786 Km) và cận điểm thuộc quỹ đạo LEO
(h=200Km), còn đợc gọi là quỹ đạo Hohmann.
- Giai đoạn 3: Khi vệ tinh chuyển động qua viễn điểm của quỹ đạo Hohmann thì sử
dụng động cơ đẩy viễn điểm đặt trong vệ tinh để đa vệ tinh về quỹ đạo đĩa tĩnh và về vị
trí của nó.
b. Đa vệ tinh vào quỹ đạo đĩa tĩnh: Quá trình định vị vệ tinh bắt đầu khi vệ tinh đợc
đa vào quỹ đạo chuyển tiếp bao gồm quá trình đa vên tinh vào quỹ đạo xích đạo và sau
đó từ từ đa vệ tinh vào vị trí địa tĩnh của nó. Để thực hiện đợc quá trình này, các động
cơ đẩy viễn điểm APM, các động cơ phản lực của vệ tinh đợc điều khiển bằng các trung
tâm và các trạm điều khiển đặt tại các vị trí khác nhau của trái đất. Các trung tâm điều
khiển thực hiện các chức năng sau:
- Xác định t thế của vệ tinh
- Tính toán các thông số tối u cho quá trình điều khiển vệ tinh từ quỹ đạo Hohmann
sang quỹ đạo tròn
- Xác định các thông số của động cơ hiệu chỉnh hớng của vệ tinh
QĐ
Qu
ỹ

đạo LEO
h=200Km
V=7.784m/s
Qu
ỹ
đạo GEO
h=35.786Km
V=3.075m/s
Quỹ đạo Hohmann
h
V
= 35.786Km
h
C
= 200Km
V
Phóng
=10.234m/s
V
Phóng
=10.234m/s
Trang:
11
- Giám sát và đo các thông số quỹ đạo của vệ tinh so sánh với trạng thái cuối cùng của vệ
tinh nh dự kiến.
c. Duy trì vệ tinh trên quỹ đạo: các công việc chính đợc thực hiện trong quá trình duy
trì vệ tinh trên quỹ đạo là:
- Các dao động của vệ tinh xung quanh vị trí quỹ đạo theo hớng Đông Tây, Nam Bắc
phải đợc duy trì trong khoảng 0.1
0

.
- T thế vệ tinh phải đợc giám sát và hiệu chỉnh để bảo đảm anten vệ tinh luôn luôn
hớng về các vùng mong muốn của trái đất.
Trang:
12
(W/Hz)
N
0
B
Tần số (Hz)
N
0
(f)
Hình 2.1: Mật độ phổ tạp âm của tạp âm trắng
Chơng 2:
Nhiễu v tạp âm trong hệ thống tTVT. (6 tiết)
2.1. Các nguồn nhiễu trong hệ thống thông tin.
Tạp âm do can nhiễu từ các hệ thống khác gây ra. các nguồn can nhiễu có thể chia
làm hai loại:
- Can nhiễu do các hệ thống vô tuyến điện chuyển tiếp mặt đất có cùng băng tần:
- Can nhiễu từ các hệ thống vệ tinh khác:

2.2. Tạp âm trong hệ thống thông tin.
b. Nguồn tạp âm:
Tạp âm là tín hiệu không nằm trong nội dung thông tin, tác động lên tín hiệu có
ích. Nó làm giảm khả năng khôi phục lại nội dung thông tin của máy thu.
Các nguồn tạp âm bao gồm:
- Tạp âm phát ra từ các nguồn tự nhiên trong khu vực đặt anten thu.
- Tạp âm tạo ra bởi các linh kiện điện tử trong thiết bị
Các tín hiệu từ các máy phát khác tác động lên máy thu cũng gây nên tạp âm. Tạp
âm này đợc gọi là can nhiễu.
b. Đặc tính và xác định tạp âm:
Công suất tạp âm nằm trong độ rộng băng của tín hiệu có ích. Thờng đó là băng
thông của máy thu. Một kiểu tạp âm dùng rất nhiều đó là tạp âm trắng là mật độ phổ tạp
âm N
o
(W/Hz) bằng hằng số trong băng tần yêu cầu (hình 2.10).

Công suất tạp âm tơng đơng N (W) đo đợc trong độ rộng băng B
N
(Hz) có giá trị :
N = N
o
B
N

(W) (4.38)
Nhiệt tạp âm của một nguồn tạp âm có công suất tạp âm N cho bởi:
T = N/kB = N
o
/k (K) (4.39)
T
R
R
T
R
T
R
T

4GHz
4GHz
4GHz
6GHz
6GHz
6GHz
Trạm viba
4GHz
Trạm mặt đất
4/6 GHz
Trạm viba
6GHz
Vệ tinh
Hình 2,1: Can nhiễu từ các hệ thốn
g

thông tin viba mặt đất
Hình 2,2: Can nhiễu từ các hệ thốn
g

vệ tinh khác
T
R
T
R
R
T
R
T
R
T
R
T

Trạm mặt
đất A1
Trạm mặt
đất A2
Trạm mặt
đất B1
Trạm mặt
đất B2
Trang:
13

G là hệ số khu

y
ếch đại
công suất của hệ thống
nhiệt độ
vật lý
T = T
e

khôn
g
có
tạp âm
đầu vào.
T = 0
Hệ thốn
g

thực
hệ thốn
g

tạp âm tự
do
Côn
g
suất
tạp âm có
giá trị nh
nhau
Hình 4.14: Nhiệt tạp âm đầu vào tơng đơng của hệ thống

nhiệt độ vật l
ý
có thể
không phải là T
n
g
uồn
t
ạp
âm
nhiệt độ
v
ậ
t l
ý

T

côn
g
suất có
g
iá
trị (W):
N = kTB
Hình 4.13: Xác định nhiệt tạp âm của một nguồn tạp âm
ở đây k là hằng số Boltzmann = 1,379. 10
-23
= - 228,6 dB (W/HzK), T là nhiệt độ của một

điện trở tạo ra giá trị công suất tạp âm nh nguồn xem xét (hình 4.13). Công suất tạp âm
có giá trị là công suất tạo ra bởi nguồn có trở kháng phù hợp với nguồn.

Nhiệt tạp âm T
e
của một phần tử 4 cực là nhiệt độ của một điện trở đặt tại đầu vào của
phần tử giả định với tạp âm tự do, tạo ra công suất tạp âm có giá trị nh nhau tại đầu ra
của phần tử khi phần tử thực không có nguồn tạp âm ở đầu vào (hình 4.14). T
e
là tạp âm
bên trong của phần tử bốn cực.

Hệ số tạp âm của phần tử bốn cực là tỷ số của tổng công suất tạp âm ở đầu ra của
phần tử trên thanh phần của công suất này sinh ra bởi một nguồn ở đầu vào của phần tử
đó với nhiệt tạp âm bằng nhiệt tạp âm chuẩn T
o
= 290 K.
Giả thiết rằng phần tử có hệ số khuếch đại công suất G, độ rộng băng tần B và bị
tác động bởi một nguồn nhiệt tạp âm T
o
; công suất tổng tại đầu ra là Gk(T
e
+T
0
)B. Giá trị
của công suất này ban đầu từ nguồn là GkT
0
B. Vạy hệ số tạp âm sẽ là:
F = {Gk(T
e
+T
0
)B} = (T
e
+T
0
)/T
0
= 1+T
e
/T
0

(4.40)
2.3. Tạp âm nhiệt v các nguồn tạp âm nhiệt
a. Nhiệt tạp âm của anten
Một anten thu tạp âm từ các vật thể bức xạ nằm trong đồ thị bức xạ của nó. Tạp âm đầu ra
của anten là một hàm của tính hớng , đồ thị bức xạ và trạng thái của môi trờng xung
quanh. Anten đợc coi nh một nguồn tạp âm đặc trng bởi nhiệt tạp âm và gọi là nhiệt
tạp âm của anten T
A
(K).
Nếu gọi T
b
(,)là nhiệt độ chiếu sáng của một vật thể bức xạ nằm trong hớng
(,) mà ở hớng đó hệ số tăng ích của anten có giá trị G(,). Nhiệt tạp âm của anten
Trang:
14

Hình 4.15: Một hệ thống thu
T
R
T
A
T
F
L
RX
phide
T
2
T
1

Máy thu
thu đợc bằng việc kết hợp tất cả các vật thể bức xạ trong vùng bức xạ của anten. Nhiệt
tạm âm của anten sẽ là:
T
A
= (1/4) T
b
(,)G(,)d
b. Nhiệt tạp âm của bộ suy hao
Một bộ suy hao là một phần tử bốn cực gồm những phần tử thụ động (có thể là các điện
kháng) tất cả có nhiệt độ T
F
là nhiệt độ xung quanh. Nếu L
F
là suy hao gây ra bởi bộ suy
hao, thì nhiệt tạp âm của bộ suy hao sẽ là:
T
e
= (L
F
- 1)T
F
(K) (4.42)
Nếu T
F
= T
0
bằng cách so sánh 4.40 và 4.42 thì hệ số tạp âm của bộ suy hao bằng:
F
F

= L
F

c. Nhiệt tạp âm của một thiết bị có nhiều phần tử trong tầng
Giả sử một thiết bị bao gồm một dãy N phần tử bốn cực trong tầng, mỗi phần tử j
có hệ số khuếch đại công suất G
j
(j = 1,2,3, N) và nhiệt tạp âm là T
ẹj
.
Nhiệt tạp âm của thiết bị là:
T
e
= T
e1
+ T
e2
/G
1
+ T
e3
/G
1
G
2
+ + T
N
/G
1
G

2
G
N-1
(K) (4.43)
Hệ số tạp âm nhận đợc từ (2.19)
F = F
1
+ (F
2
- 1)/G
1
+ (F
3
- 1)/G
1
G
2
+ + (F
N
- 1)/G
1
G
2
G
N-1
(4.44)
d. Nhiệt tạp âm của máy thu
Xét thiết bị thu chỉ ra trên hình 4.15 gồm một anten nối đến một máy thu qua phide. Việc
đấu nối gây mất mát và ở nhiệt độ đo đợc T
F

(gần với T
0
= 290 K). Gây ra suy hao L
FRX

tơng ứng với hệ số tăng ích G
FRX
= 1/L
FRX
và nhỏ hơn 1. Nhiệt tạp âm của hệ thống sẽ
đợc quyết định ở hai điểm sau:
-
Tại đầu ra anten, trớc mất mát đấu nối, nhiệt độ T
1
- Tại đầu vào máy thu, sau mất mát, nhiệt độ T
2
.

Nhiệt tạp âm T
1

tại đầu ra anten là tổng của nhiệt tạp âm anten T
A
và nhiệt tạp âm của
phân hệ bao gồm đấu nối và máy thu trong các tầng. Nhiệt tạp âm đấu nối cho bởi 4.42.
Từ 4.43 nhiệt tạp âm của phân hệ là (L
FRX
- 1)T
F
+ T
R
/G
FRX.
.

Thêm vào anten, tơng tự
nh một nguồn tạp âm, Điều đó có đợc:
T
1
= T
A
+ (L
FRX
- 1)T
F
+ T
R
/G
FRX
(K) (4.45)
Bây giờ xem xét đầu vào máy thu, tạp âm này bị suy hao bởi một hệ số L

FRX
. Thay
thế G
FRX
bằng 1/L
FRX
, nhiệt tạp âm đầu vào máy thu sẽ là:
Trang:
15
T
2
= T
1
/L
FRX
= T
A
/L
FRX
+ T
F
(1- 1/L
FRX
) + T
R
(K) (4.46)
Nhiệt tạp âm này đa ra cho việc tính tạp âm tạo ra bởi anten và sự đấu nối đồng
thời với tạp âm máy thu đợc gọi là nhiệt tạp âm hệ thống. Chú ý rằng việc đo lờng tạp
âm tại điểm này chỉ phản ánh tạp âm của anten và đấu nối.
Tóm lại: tạp âm trong một hệ thống thu đợc quyết định bởi nhiệt tạp âm tại một điểm đã

cho trong hệ thống, hầu hết thờng ở đầu vào máy thu; nhiệt tạp âm này đợc gọi là nhiệt
tạp âm hệ thống. Nó là tổng tại điểm đó, tất cả nhiệt tạp âm tơng ứng tạo ra tạp âm phía
trên và tất cả nhiệt tạp âm tơng đơng đối với tạp âm tạo ra ở phía dới của của điểm
xem xét.
2.4. Tạp âm anten thu
Có hai trờng hợp đợc xem xét:
- Anten vệ tinh (tuyến lên)
- Anten trạm mặt đất (tuyến xuống)
a. Anten vệ tinh tuyến lên
Tạp âm nhận đợc bởi anten là tạp âm từ mặt đất và tạp âm từ không gian bên
ngoài. Độ rộng búp sóng của anten vệ tinh bằng hoặc nhỏ hơn góc quan sát từ vệ tinh
xuống quả đất, với vệ tinh địa tĩnh góc quan sát là 17,5
o
. Với các điều kiện nh vậy
ảnh hởng chủ yếu là từ mặt đất. Với anten có độ rộng búp sóng
3dB
bằng 17,5
o
thì
nhiệt tạp âm anten cho ở hình 4.16. Phụ thuộc vào tần số và vị trí quỹ đạo của vệ tinh.
Khi độ rộng nhỏ hơn ( một búp sóng hẹp) nhiệt độ phụ thuộc vào tần số và vùng phủ
sóng; đất liền bức xạ tạp âm lớn hơn đại dơng. Thờng lấy giá trị tạp âm anten bằng
290 K. Nhiệt tạp âm đầu vào bộ khuếch đại tạp âm thấp của vệ tinh bằng:
T
SL
= T
1
/L
FRX
+ T

F
(1 - 1/L
FRX
) + T
R
(4.50)
b. Anten trạm mặt đất (tuyến xuống)
Tạp âm gây ra cho anten bao gồm tạp âm từ bầu trời và tạp âm do bức xạ từ mặt
đất.
Trờng hợp trời trong. ở những tần số lớn hơn 2 GHz ảnh hởng không
phải vùng ion của khí quyển mà là môi trờng hấp thụ, nh là một nguồn tạp âm. Khi
không xẩy ra các hiện tợng khí tợng (đựơc gọi là bầu trời trong) nhiệt tạp âm anten
bao gồm nhiệt tạp âm của bầu trời và mặt đất xung quanh.
Tạp âm bầu trời đợc xác định từ biểu thức 4.41, trong đó T
b
(,) là nhiệt độ
vùng chiếu sáng của bầu trời ở hớng (,). Trong thực tế chỉ có một phần của bầu
trời nằm trong hớng anten có hệ số tăng ích lớn. Nh vậy ảnh hởng của tạp âm bầu
trời trong T
sky
chỉ có thể có tác dụng nhiệt độ vùng phủ sóng đối với góc ngẩng của
anten. Hình 4.18 chỉ ra nhiệt tạp âm bầu trời trong nh là hàm của tần số và góc ngẩng
[khuyến nghị 720, CCIR]

Trang:
16

Bức xạ từ mặt đất ở vùng lân cận trạm gây ra do các búp phụ của anten và một
phần bởi búp chính khi góc tà nhỏ. Nhiệt tạp âm do mỗi búp phụ đợc tính bởi T
i
=
G
i
(/4)T
G,
trong đó

G
i
là giá trị hệ số tăng ích của búp phụ có góc đặc
i
và T
G
là
nhiệt độ vùng chiếu sáng của mặt đất. Tổng của các ảnh hởng này là giá trị T
m.đất

bằng:

=
=
i
n
idatm

TT
1
.
(4.51)
Sau đây một số giá trị gần đúng của T
G
[khuyến nghị 390 CCIR]
- T
G
= 290 K đối với các búp phụ có góc tà E nhỏ hơn - 10
o

- T
G
= 150 K

đối

với - 10
o
< E < 0
o

- T
G
= 50 K

đối

với 0

o
< E < 10
o

- T
G
= 10 K

đối

với 10
o
< E < 90
o

Nhiệt tạp âm anten sẽ là:
T
A
= T
b.trời
+ T
m.đất
(K) (4.52)
Tạp âm này có thể tăng thêm bởi các nguồn riêng lẻ nằm trong khu vực lân cận
của tính hớng anten. Đối với một nguồn vô tuyến đờng kính góc biểu kiến và
nhiệt tạp âm T
n
tại tần số xem xét và đo ở mức mặt đất sau suy hao bởi khí quyển thì
nhiệt tạp âm thêm vào T
A

đối với một anten có độ rộng búp sóng
3dB
đợc cho bởi :
T
A
= T
n
(/
3dB
)
2
nếu
3dB
> (K)
T
A
= T
n
nếu
3dB
< (K) (4.53)
Chỉ có mặt trời và mặt trăng đợc kể đến đối với các trạm mặt đất hớng về vệ
tinh địa tĩnh. Mặt trời và mặt trăng có một đờng kính góc tơng đơng 0,5
o
. Nhiệt tạp
âm sẽ tăng lên khi có các vật thể trên bầu trời nằm thẳng hàng với trạm mặt đất và vệ
tinh. Điều kiện đặc biệt này có thể biết trớc. Để rõ hơn, tại tần số 12 GHz một anten
13 m nhiệt tạp âm tăng lên do mặt trời tại thời gian đó có giá trị bằng 12.000 K. Các
điều kiện xẩy ra và giá trị của T
A

là hàm của đờng kính anten và tần số. Đối với
mặt trăng tăng lên khoảng 250 K tại 4 GHz [theo khuến nghị 390, CCIR].
T
b.trời
/
A
T
m.đất
T
m
= (1- 1/A
m
)
bầu trời
T
mđất
Hình : ảnh hởng của nhiệt tạp âm lên anten trạm mặt đất
T
btrời
bầu trời
ma = bộ suy
hao T
m
A
ma
Trang:
17
Trờng hợp có ma. Nhiệt tạp âm anten tăng do điều khiện khí tợng nh mây
và ma làm tăng hấp thụ. Từ biểu thức 4.45, nhiệt tạp âm anten trở thành:
T

A
= T
b.trời
/A
ma
+ T
m
(1 - 1/A
ma
) + T
m.đất
(K) (4.54)
Trong đó A
ma
là suy hao trong ma và T
m
là giá trị của nhiệt độ trung bình hiệu
dụng. T
m
có giá trị bằng 260 K đến 280 K [khuyến nghị 564, CCIR].
Tóm lại, nhiệt tạp âm anten T
A
là một hàm của :
- Tần số
- Góc ngẩng
- Điều khiện khí quyển (bầu trời trong hay ma)
Do vậy, hệ số phẩm chất của một trạm mặt đất cần phải đợc xác định rõ điều
kiện thực tế về tần số, góc ngẩng, và tình trạng của khí quyển.

2.5. Hệ số tạp âm:

- Hệ số tạp âm của mạng 4 cực.
Tạp âm sinh ra trong một mạng bốn cực (có thể là bộ khuếch đại hay bộ tiêu hao) thờng
đợc biểu thị bởi hệ số tạp âm F
Hệ số tạp âm của một mạng 4 cực bằng tỷ tín hiệu trên tạp âm ở đầu vào trên tỷ số
tín hiệu trên tạp âm ở đầu ra của mạng

00
NS
NS
F
ii
=

Tuy nhiên khi làm việc với các tín hiệu yếu nh trong thông tin vệ tinh thì tạp âm
N thờng đợc biểu thị bởi nhiệt tạp âm tơng đơng T (K: độ kelvin)
Tất cả các vật thể có nhiệt độ vật lý T (K) sẽ bức xạ ra sóng điện từ, một phần của
bức xạ này nằm trong băng tần viba và sẽ gây ra tạp âm nh một nguồn tạp âm. Vậy:
Nhiệt tạp âm tơng đơng là nhiệt độ của một điện trở tơng đơng sinh ra tạp âm
có công suất nh của nguồn tạp âm tạo ra, nh minh hoạ trên hình 3.37

Nguồn tạp âm với một nhiệt độ
vật lý nào đố có thẻ không phải
là T có tạp âm N (W)

nhiệt độ vật lý
T (K)
Giá trị công suất tạp âm
tạo ra:
N = kTB (W)
Hình 3.37: Nhiệt tạp âm tơng đơng
S
o
/
N
o

S
i
/
N
i

mạng 4 cực
Hình 2.36: hệ số ta
p
âm
Trang:

18

G
1

T
1

G
2

T
2

G
3

T
3
Hình 3.39: Mạng 4 cực có nhiều tầng
Công suất tạp âm trong một độ rộng băng tần B sẽ là:
N = kTB (W) (3.23)
Trong đó k là hằng số Boltzmann:
k = 1,3806 ì 10
-23+

W s/K = - 228,60 dBW/Hz.K (3.24)

T là nhiệt độ tuyệt đối (K), B giải thông của tạp âm (Hz)
Với nhiệt độ 290 K trong độ rộng băng 50 MHz công suất tạp âm sẽ l:
0,2 ì 10
-12
= 0,2pW. Một anten có nhiệt độ mặt ngoài là 290 K sẽ thu đợc công suất tạp
âm 0,2pW trong băng tần 50 MHz.
Quan hệ giữa hệ số tạp âm và nhiệt tạ âm của một mạng 4 cực sẽ là:
Nếu nhiệt tạp âm đầu vào là T
o
, mạng 4 cực có hệ số truyền đạt là G, nhiệt tạp âm tơng
đơng của mạng 4 cực là T
e
nh biểu thị trên hình 3.38 thì:

S
i
/N
i
= Si/kT
o

B, S
o
/N
o
= GS
i
/Gk(T
o
+ T
e
)B thay vào công thức 3.22 nhận đợc:

()
00
0
0
0
1
T
T
T
TT
BTTGkGS
BkTS
F
ee
ei
i
+=

+
=
+
=
(3.25)
Từ 3.25 có thể rút ra:
T
e
= (F - 1)T
o
(3.26)
- Hệ số tạp âm của mạng 4 cực thụ động.
- Hệ số tạp âm của mạng 4 cực mắc nối tiếp.

Nếu mạng 4 cực gồm nhiều tầng nh chỉ ra trên hình 3.39 thì tạp âm đầu ra sẽ đợc tính:
Tạp âm do nguồn ngoài tác động vào đầu vào ởđầu ra của mạng 4 cực 3 tầng:
N
01
= G
1
G
2
G

3
kT
0
B
Tạp âm của tầng thứ nhất ở đầu ra của mạng, đợc khuếch đại bởi tầng thứ hai và
ba:
đầu vào
N
i
=kT
o
B
nguồn
tạp âm
Nhiệt độ
T
o
Máy thu
hệ số k.đại G
giải thông B
nhiệt tạp âm
tơng đơng
T
e

đầu ra
Hình 3.38: hệ số tạp âm và nhiệt
Trang:
19
N

02
= G
2
G
3
(kT
e1
G
1
B)
Tạp âm của tầng thứ hai đợc đợc khuếch đại bởi tầng thứ ba:
N
03
= G
3
(kT
e2
G
2
B)
Tạp âm bản thân tầng thứ ba ở đầu ra của mạng:
N
04
= kT
e3
G
3
B)
Tạp âm tổng ở đầu ra của mạng sẽ là:
N

0T
= N
01
+ N
02
+ N
03
+ N
04

N
0T
= G
1
G
2
G
3
kB (T
0
+ T
e1
+ T
e2
/ G
1
+ T
e3
/ G
1

G
2
)
Nhiệt tạp âm tổng của 3 tầng ở đầu ra của mạng:
T
eS
= T
e1
+ T
e2
/ G
1
+ T
e3
/ G
1
G
2

Tổng quát một mạng có n tầng thì nhiệt tạp âm của hệ thống sẽ là:
T
eS
= T
e1
+ T
e2
/ G
1
+ T
e3

/ G
1
G
2
+ + T
en
/ G
1
G
2
G
n-1
(3.27)
Trong đó T
e1 n
là nhiệt tạp âm tơng đơng của các tầng 1, 2, 3, n - 1
G
1 n
là hệ số khuếch đại của mỗi tầng
Từ công thức 3.27 ta có nhận xét là: Tạp âm đầu ra của một mạng 4 cực có nhiều
tầng đợc quyết định bởi tạp âm của tầng đầu tiên
Phân hệ thu của trạm mặt đất muốn có tạp âm nhỏ thì tầng đầu tiên phải là tầng
khuếch đại tạp âm thấp (LNA). Để giảm mức tạp âm đầu vào của LNA, chúng đợc đặt
gần anten để giảm tạp âm của đoạn fide tiếp điện từ anten đến LNA
Hệ số phẩm chất của trạm mặt đất đợc đánh giá bằng tỷ số hệ số tăng ích của
anten thu G trên nhiệt tạp âm của hệ thống T
eS
(G/T
eS
) hầu nh đợc quyết định bởi hệ số

tạp âm và hệ số khuếch đại của LNA cùng với hệ số tăng ích của anten. Bởi vậy việc sử
dụng một LNA có hệ số tạp âm càng nhỏ càng tốt. Sau đây chúng ta sẽ nghiên cứu một số
bộ khuếch đại tạp âm thấp sử dụng các linh kiện khuếch đại khác nhau đợc sử dụng phổ
biến ở các trạm mặt đất trong hệ thống thông tin vệ tinh
2.6. Độ nhạy máy thu.
a. Định nghĩa
Tỷ số tín hiệu trên tạp âm biểu thị mối quan giữa độ lớn của tín hiệu thu và tạp âm tại đầu
vào máy thu. Sau đây ta xem xét một vài tỉ số sau:
- Tỷ số công suất tín hiệu trên công suất tạp âm; Điều này đợc coi nh là bản chất vì
hai độ lớn cùng loại đợc so sánh với nhau. Nó thờng đợc định rõ là công suất của
sóng mang điều chế ký hiệu C trên công suất tạp âm N, đợc viết C/N
- Thực tế tỷ số công suất tín hiệu trên mật độ phổ tạp âm, đợc viết C/N
0
có đơn vị là Hz.
u điểm hơn so với với tỷ số C/N vì nó biểu thị cho bất kỳ một độ rộng băng sử dụng.
Thực tế thể hiện độ rộng băng tạp âm tơng đơng B
N
của máy thu đợc điều chỉnh đến
độ rộng băng B chiếm bởi sóng mang điều chế
- Tỉ số công suất tín hiệu trên nhiệt tạp âm; tỷ số này nhận đợc từ C/N
0
qua nhân với
hằng số Boltzman k, viết là C/T và có đơn vị W/K
Tỷ số C/N
0
phù

hợp nhất với hầu hết các trờng hợp thực tế bởi vậy nó đợc chọn sau này
b. Biểu thức
Công suất của tín hiệu thu tại đầu vào máy thu cho bởi 4.37. Trong đó:

C = P
RX

Mật độ phổ tạp âm tại cùng điểm là N
0
= kT, cho bởi 4.45. Vì vậy:
Trang:
20
C/N
0
= [(P
TX
G
Tmax
/L
T
L
FTX
)(1/L
FS
L
A
)(G
Rmax
/L
R
L
FRX
L
POL

)
/[T
A
/L
FRX
+ T
F
(1 - 1/L
FRX
) + T
R
](1/k) (Hz) (4.47)
Biểu thức này có thể đợc giải thích nh sau:
C/N
0
= (EIRP máy phát)(1/mất mát đờng truyền)(hệ số tăng ích của máy thu/nhiệt tạp
âm)(1/k ) (Hz) (4.48)
C/N
0
cũng có thể biểu thị nh là hàm của mật độ thông lợng năng lợng ;
C/N
0
= (
2
/4)(hệ số tăng ích của máy thu/nhiệt tạp âm)(1/k (Hz) (4.49)
Trong đó:
= (EIRP máy phát)/ (4R
2
) (W/m
2

)
Cuối cùng, có thể xác định đợc C/N
0
không phụ thuộc vào điểm chọn ở dãy máy
thu cũng nh công suất tín hiệu và mật độ phổ tạp âm đợc tính tại cùng một điểm
c. Hệ số phẩm chất của thiết bị thu
Biểu thức 4.48 của C/N
0
đa

ra ba hệ số:
- Thứ nhất (EIRP) đặc trng cho thiết bị phát.
- Thứ hai (1/L = 1/L
FS
L
A
) đặc trng cho môi trờng truyền dẫn
- Thứ ba (hệ số tăng ích máy thu/nhiệt tạp âm) đặc trng cho thiết bị thu. Nó đợc gọi
là hệ số phẩm chất, hoặc G/T của thiết bị thu.
Bằng việc khảo sát 4.47 có thể thấy rằng hệ số phấm chất G/T của thiết bị thu là
hàm của nhiệt tạp âm anten T
A
và nhiệt tạp âm tơng đơng T
R
của may thu. Giá trị của
nó sẽ đợc xác định dới đây
d. Nhiệt tạp âm anten
Có hai trờng hợp đợc xem xét:
- Anten vệ tinh (tuyến lên)
- Anten trạm mặt đất (tuyến xuống)

e. Nhiệt tạp âm của máy thu
Hình 4.20 chỉ ra cấu trúc của máy thu. áp dụng công thức 4.42 nhiệt tạp âm T
R
của máy
thu có thể biểu thị:
T
R
= T
LNA
+ T
MX
/G
LNA
+ T
IF
/G
LNA
G
MX
(K) (4.55)
Ví dụ: Bộ khuếch đại tạp âm thấp (LNA) : T
LNA
= 150 K, G
LNA
= 50 dB
Bộ trộn: T
MX
= 850 K, G
MX
= - 10 dB (L

MX
= 10 dB)
Bộ khuếch đại trung tần IF: T
IF
= 400 K, G
IF
= 30 dB
Vì vậy
T
R
= 150 + 850/10
5
+ 400/10
5
.10
-1
= 150 K

Chú ý: nếu bộ khuếch tạp âm
thấp có hệ số khuếch đại cao sẽ hạn
chế nhiệt tạp âm T
R
của máy thu
xuống bằng T
LNA
của bộ khuếch đại
tạp âm thấp.
T
IF
, G

IF
G
MX
T
M
T
LNA
,G
LNA
T
R
Bộ trộn
IF
LNA
LO
Bộ hạ tần
Hình 4.20: Cấu trúc một máy thu

Trang:
21
Chơng 3:(6 tiết)
Kỹ thuật truyền dẫn v đa truy nhập
trong thông tin vệ tinh.
3.1. Các đặc tính tín hiệu:
- Tín hiệu thoại
Phạm vi tần số mà con ngời có thể nghe lên tới trên 20KHz, tuy nhiên phổ
của tín hiệu thoại tập trung chủ yếu trong dải 0,3ữ3,4 KHz . Do vậy trong hầu hết
các thiết bị viễn thông ngời ta đã cắt bỏ tần số ngoài dải này mà không gây méo
lớn.
Chất lợng của tín hiệu thoại tơng tự về lý thuyết đợc quy định bởi CCITT

(Uỷ ban t vấn quốc tế về điện thoại điện báo), đó là tỷ số tín hiệu trên tạp âm khi
băng gốc bị gây nhiễu trờng hợp tồi nhất, nh khi truyền tin trên cự ly dài. Tuy
nhiên khi xem xét tín hiệu chuẩn test tone thì tạp âm cực đại cho phép trong băng
gốc là 10.000 picowatts.
Đặc tính của tiếng nói là có phạm vi biến động lên tới 50dB giữa nói thầm và
la hét. Ngời nói thờng hay dừng trong quá trình đàm thoại, trung bình chỉ chiếm
40% thời gian đàm thoại.
Việc truyền tín hiệu số đợc đánh giá qua tye số bít lỗi trên tổng số bít thu
đợc (BER). Thông thờng với một hệ thống đợc đánh giá là tốt khi thoả mã
BER10
-4
, tuy nhiên chất lợng của nhiều hệ thống có yêu cầu cao hơn trên 10
-5
.
- Số liệu
Tín hiệu dữ liệu đợc chia làm 3 loại:
+ Dữ liệu băng hẹp (narrow): 300bit/s
+ Dữ liệu băng thoại (voice): 300bit/s ữ 16.000bit/s
+ Dữ liệu băng rộng (wide): > 16 k bit/s
Việc phân loại theo tốc độ bít này để phù hợp với các yêu cầu cung cấp của
các phơng tiên truyền thông. Chất lợng đợc đánh giá qua BER.
- Tín hiệu hình
Để truyền đi hình ảnh ngời ta thực hiện biến đổi hình ảnh thành các tín hiệu
điện bằng việc quét hình theo một tỷ lệ phù hợp, tuỳ thuộc vào các chuẩn khác
nhau nh Mỹ hay Châu âu bao gồm có quét dòng và quét mành.
Tín hiệu video đợc phát đi bao gồm 4 thành phần tách biệt:
+ Âm thanh
+ Tín hiệu chói (brightness) chứa đựng thông tin
+ Tín hiệu đồng bộ cho quét dòng và quét mành
+ Tín hiệu đồng bộ màu

Với các hệ thống 625 dòng Châu Âu (PAM và SECAM) và hệ thống 525
dòng Mỹ (NTSC) thì tín hiệu video tổng hợp chứa các thông tin về màu đợc điều
tới một sóng mang con tại tần số 3,5MHz hoặc 4,5MHz tuỳ thuộc vào từng hệ
thống
3.2. Mô hình kênh v truyền dẫn:
- Mô hình kênh v các chỉ tiêu chất lợng
Trang:
22
- Bộ biến đổi thực hiện biến đổi thông tin truyền đi (tiếng nói, hình ảnh, vv )
thành một tín hiệu thích hợp với đờng truyền, còn đợc gọi là quá trình điều
chế.
- Máy phát sẽ gửi tín hiệu này qua đờng truyền dẫn VTĐ hay HTĐ.
- Máy thu biến đổi tín hiệu thu đợc thành tin tức ban đầu của nó, sau đó phân
phát tới nơi nhận tin
- Thông thờng tạp âm gây ra do đờng truyền dẫn, máy phát, máy thu và bộ
biến đổi nên đã làm cho chất lợng tín hiệu thu thấp hơn tín hiệu đã truyền đi.

Trong quá trình điều chế ngời ta tải thông tin trên một tín hiệu tần số cao để
đợc một dạng phù hợp với đờng truyền dẫn. Tín hiệu cao tần này đợc gọi là
sóng mang. Nói chung sóng mang đợc biểu thị theo công thức
a(t) = A.sin(2f
c
t + )

Trong TTVT thì thờng sử dụng hệ thống điều chế FM theo kiểu điều chế
tơng tự và sử dụng hệ thống điều chế PSK theo kiểu điều chế số.
Hệ thống FM có u điểm là sử dụng hiệu quả phổ tần. còn hệ thống PSK có
tỷ số lỗi nhỏ hơn so với các hệ thống điều chế khác khi cùng tỷ số C/N.
- Truyền dẫn tơng tự

Nguồn
thông tin
Bộ biến
đổi
Máy
phát

Đờng truyền
(VTĐ HTĐ)
Máy
thu
Bộ biến
đổi
Nơi nhận
tin
N
g
uồn tạ
p
âm
Hình : Cấu trúc mô hình của hệ thôn
g
thôn
g
tin
Điều ch
ế

Hình : Các hệ thôn
g
điều chế khác nhau
Điều chế
tơng tự
Điều chế
số
AM
FM

PM
ASK
FSK
PSK
Tha
y
đổi biên độ (A)
Thay đổi pha ()
Tha
y
đổi tần số (f
c
)
v
m
=m.V
e
Biên độ

Phổ són
g
AM
Sóng mang

Băng tần thấp

Băng tần cao

mV
e

/
2
mV
e
/
2
(f
e
-f
m
)(f
e
+f
m
)f
e
Hình : Dạn
g
són
g
điều biên

Trang:
23
+ Hệ thống điều chế biên độ: làm thay đổi biên độ sóng mang tỷ lệ với điện
áp (dòng điện) của tín hiệu truyền đi.
+ Hệ thống điều tần làm thay đổi tần số sóng mang tỷ lệ với điện áp (dòng
điện) của tín hiệu truyền đi. Theo lý thuyết, phổ của nó bao gồm vô số các sóng ở
biên tần cao và biên tần thấp với trung tâm là sóng mang (f
c

). vì vậy chiếm một
băng tần rộng.

+ điều chế pha: rất giống với điều tần, điều pha thực hiện với một tín hiệu
điều chế đa qua một mạch vi phân cho ra cùng kết quả nh điều tần thực hiện bởi
tín hiệu điều chế ban đầu. Điều tần và điều pha đôi khi đợc gọi là điều góc.

- Truyền dẫn số.

+ Khoá dịch biên ASK: Trong truyền dẫn tín hiệu số, ASK lamd thay đổi
biên độ của sóng mang theo tín hiệu cần truyền đi. Khi tín hiệu đợc truyền đi là
nhị phân thì biên độ đợc thay đổi thành A
0
và A
1
tơng ứng với giá trị 0 và 1.
Khi A
0
bằng 0, hệ thống đợc gọi là hệ thống OOK (on off keying).
Biên độ

Phổ són
g
FM
f
e
Hình : Dạn
g
són
g
điều tần

Dạn
g
són