TỐI ƯU HÓA MỘT SỐ THAM SỐ ĐƯỜNG TRUYỀN DẪN THÔNG TIN VỆ TINH TRÊN HỆ THỐNG VINASAT

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG





Trần Xuân Dân



TỐI ƯU HÓA MỘT SỐ THAM SỐ ĐƯỜNG TRUYỀN DẪN THÔNG TIN
VỆ TINH TRÊN HỆ THỐNG VINASAT


Chuyên ngành: Kỹ thuật viễn thông
Mã số: 60.52.02.08


TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ



HÀ NỘI - 2013

Luận văn được hoàn thành tại:
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG


Người hướng dẫn khoa học: TS. Nguyễn Đức Nhân



Phản biện 1: ………………………………………………………………

Phản biện 2: ………………………………………………………………




Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ tại Học
viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
Vào lúc: giờ ngày tháng năm

Có thể tìm hiểu luận văn tại:
- Thư viện của Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông

1


MỞ ĐẦU
Sau 5 năm hoạt động, lượng sóng mang hoạt động trên vệ tinh VINASAT đã không
ngừng tăng lên kéo theo nhiều vấn đề như: can nhiễu, công suất tiêu thụ của các bộ phát

đáp, chất lượng tín hiệu qua đường truyền vệ tinh suy giảm theo lượng khách hàng… Đi đôi
với việc tính toán hỗ trợ khách hàng đăng nhập vệ tinh, thì việc thiết kế, tối ưu đường truyền
và cấp phát băng thông phù hợp với từng đối tượng khách hàng là những giải pháp trước
mắt và dài hơi để đối phó với những vấn đề đang tồn tại. Nhằm nghiên cứu yếu tố tác động
đến tín hiệu và đường truyền qua vệ tinh VINASAT trên cơ sở các đặc điểm riêng của Việt
Nam, từ đó đề xuất những biện pháp kỹ thuật có thể nhằm tối ưu đường truyền, phòng tránh
và xử lý các can nhiễu đang phải đối mặt, tôi đã quyết định chọn đề tài “TỐI ƯU HÓA
MỘT SỐ THAM SỐ ĐƯỜNG TRUYỀN DẪN THÔNG TIN VỆ TINH TRÊN HỆ
THỐNG VINASAT“
2


Chương 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG VỆ TINH VINASAT
Giới thiệu tổng quan về hệ thống thông tin vệ tinh, các vệ tinh VINASAT và các
thông số kỹ thuật chung.
1.1. Vệ tinh nhân tạo
1.1.1. Lược sử các vệ tinh nhân tạo
Vệ tinh nhân tạo đầu tiên của Trái Đất là Sputnik 1, do Liên xô (cũ) phóng vào ngày
04-10-1957. Việc phóng vệ tinh này đã châm ngòi cho cuộc chạy đua vào vũ trụ giữa Liên
xô (cũ) và Hoa kỳ.
1.1.2. Các nước có khả năng phóng vệ tinh
1.1.3. Đưa vệ tinh lên quĩ đạo địa tĩnh
Có nhiều phương pháp đưa vệ tinh viễn thông lên quĩ đạo địa tĩnh bằng tên lửa đẩy,
nhưng chủ yếu thuộc ba dạng sau:
Phương pháp Walter Hohmann là cách đưa vệ tinh từ quĩ đạo tròn có độ cao thấp hơn
lên quĩ đạo tròn có độ cao lớn hơn.
Phương pháp phóng chuyển tiếp: tên lửa đưa vệ tinh lên tới quĩ đạo chuyển tiếp địa
tĩnh GTO (Geostationary Transfer Orbit) thông qua quỹ đạo tròn thấp LEO có độ cao
200km.
Phương pháp phóng liên tiếp: tên lửa phóng đưa vệ tinh lên thẳng tới quĩ đạo địa tĩnh

của Trái Đất GSO.
1.2. Vệ tinh Vinasat
Hiện nay VNPT đang quản lý và khai thác 2 vệ tinh VINASAT-1 và VINASAT-2.







3


Bảng 1.3. So sánh một số thông số của VINASAT-1 và VINASAT-2
Chỉ tiêu kỹ thuật VINASAT-1 VINASAT-2
Vị trí quỹ đạo 131.94 độ E 131.8 độ E
Thời gian sống Từ 15 – 20 năm 15 năm
Vùng phủ sóng Băng Ku: Việt Nam, Lào,
Campuchia, Thái Lan và
một phần Myanmar.
Băng C: Việt Nam, Lào,
Campuchia, Đông Nam Á,
đông Trung Quốc, Triều
Tiên, Ấn Độ, Nhật Bản và
Australia.
Chỉ có băng Ku: Việt
Nam, Lào, Campuchia,
Thái Lan, Singapore,
Myanmar và một phần
Malaysia.

Dung lượng thiết kế 20 bộ phát đáp (08 bộ
băng tần C mở rộng, 12
bộ băng tần Ku) với băng
thông 36Mhz/1 bộ, 08 bộ
phát đáp dự phòng (04 bộ
băng Ku, 04 bộ băng C
mở rộng)
Gồm các bộ phát đáp băng
tần Ku (24 bộ khai thác
thương mại và 6 bộ dự
phòng)

Phân bổ tần số

Tần số phát Tx hoạt động
trong dải từ 13,750 –
13,990 GHz và 14,255 –
14,495 GHz
Tần số thu Rx hoạt động
trong dải từ 10,950 –
11,200 GHz và 11,450 –
11,700 GHz
Tần số phát Tx hoạt động
trong dải từ 12,750 –
13,250 / 13,750 – 14,500
GHz
Tần số thu Rx hoạt động
trong dải từ 10,70-11,70
GHz

Phân cực Phát:V (đứng)
Thu:H (ngang)
Phát:H
Thu:V

4


1.2.1. VINASAT-1
1.2.2. VINASAT-2
1.2.3. Khai thác vệ tinh VINASAT
Các vệ tinh VINASAT sau khi ổn định trên quỹ đạo sẽ được đo kiểm IOT (In Orbit
Test) nhằm mục đích kiểm tra các thông số phát đáp, độ ổn định của các thiết bị, các phân
hệ…, và khả năng đáp ứng của nó với các điều kiện làm việc khác nhau. Sau đó, các bộ phát
đáp được thiết lập những thông số vận hành cơ bản trước khi chính thức khai thác. Các
thông số trên đều được phân tích kỹ lưỡng, ghi lại nhằm so sánh và hiệu chỉnh sau một thời
gian sử dụng. Trong quá trình khai thác, tùy vào mục đích sử dụng, loại hình dịch vụ mà Đài
điều hành và khai thác vệ tinh (NOC) sẽ lựa chọn và thay đổi các thông số trên từng bộ phát
đáp cho phù hợp. Việc thay đổi này hết sức quan trọng và phải được tính toán kỹ lưỡng để
vừa tối ưu chất lượng đường truyền nhưng vẫn đảm bảo các yêu cầu về công suất vệ tinh.




5


Chương 2: CÁC THAM SỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG
ĐƯỜNG TRUYỀN

Giới thiệu các tham số môi trường, khí hậu và tác động của nhiễu vệ tinh ảnh hưởng
đến chất lượng đường truyền.
2.1. Các tham số môi trường
2.1.1. Tổn hao khí quyển
Tín hiệu truyền giữa trạm mặt đất và vệ tinh sẽ phải qua tầng khí quyển của trái đất,
trong đó gồm cả tầng điện ly, làm suy giảm chất lượng tín hiệu.
Tổn hao xảy ra trong tầng khí quyển trái đất do sự hấp thu năng lượng của các quyển
khí. Cần phân biệt tổn hao này với những tổn hao khác trong điều kiện thời tiết xấu, mà
cũng được gọi là tổn hao khí quyển, những tổn hao có liên quan đến thời tiết gọi là suy hao
tầng khí quyển và tổn hao hấp thụ đơn thuần được gọi là hấp thụ tầng khí quyển.
Tổn hao do hấp thụ tầng khí quyển thay đổi theo tần số, đạt cực đại ở tần số 22.3
GHz, và 60 GHz. Tuy nhiên, tại các tần số đỉnh này, sự hấp thụ cũng khá thấp.
Nhấp nháy khí quyển là một dạng pha đing, chu kỳ pha đing này khoảng vài chục
giây. Nguyên nhân do sự khác nhau của chỉ số khúc xạ tầng khí quyển, theo đó tùy thuộc
vào tính hội tụ hay phân kỳ của sóng điện từ mà nó đi theo các hướng khác nhau qua tầng
khí quyển.
Trong tính toán đường truyền, chúng ta cũng phải dự phòng một phần công suất nào
đó để bù lại sự tồn tại của nhấp nháy khí quyển.

Bảng 2.1. Các loại tổn hao liên quan đến thông tin vệ tinh
Loại suy giảm Căn nguyên vật lý Chủ thể bị tác động
Suy hao và tạp âm bầu
trời tăng
Quyển khí, mây, mưa Tần số trên 10 GHz
Mất phân cực Các tinh thể băng tuyết,
mưa
Các hệ thống phân cực kép
(C và Ku), tùy thuộc vào
cấu hình hệ thống.
Khúc xạ, đa đư

ờng
trong khí quyển.
Quyển khí Truyền sóng và bám vệ
tinh ở góc ngẩng thấp.
6


Sự nhấp nháy tín hiệu Dao động của hệ số khúc
xạ giữa tầng đối lưu và
điện ly.
Trên 10 GHz tại tầng đối
lưu với góc ngẩng thấp
Dưới 10 GHz tại tầng điện
ly
Pha đing đa đường do
vật cản.
Bề mặt trái đất và các vật
thể trên bề mặt.
Các dịch vụ di động vệ tinh

Trễ truyền dẫn và dao
động
Tầng điện ly và đối lưu Các hệ thống định vị và
định thời chính xác, hệ
thống TDMA
Nhiễu liên hệ thống Ống dẫn, phân tán, nhiễu
xạ
Hiện nay chủ yếu là băng
tần C, Phân tán mưa có thể
tác động ở tần số cao hơn.

2.1.2. Ảnh hưởng của tầng điện ly
Trong tầng điện ly, chỉ có quay phân cực và nhấp nháy là ảnh hưởng chính đến thông
tin vệ tinh.
Nhấp nháy điện ly là sự thay đổi của biên độ, pha, phân cực và góc tới của sóng điện
từ. Do vậy khi tính toán, cần thiết phải dự phòng một phần công suất cho nhấp nháy tầng
điện ly.
2.1.3. Suy hao do mưa
Suy hao do mưa phụ thuộc vào tỷ lệ mưa. Giá trị cần quan tâm là phần trăm thời gian
mà tỷ lệ đó bị vượt quá. Phần trăm thời gian thông thường tính trên một năm. Ví dụ, tỷ lệ
mưa tại 0.001% nghĩa là tỷ lệ mưa mà tại đó lượng thời gian mà tỷ lệ đó bị vượt quá là
0.001 của một năm, hoặc 5.3 phút trong suốt mỗi năm, trong trường hợp này tỷ lệ mưa được
viết là R
0.001
(nghĩa là tỷ lệ mưa tại phần trăm thời gian là 0.001%).
2.2. Nhiễu trong thông tin vệ tinh.
Với rất nhiều dịch vụ viễn thông sử dụng sóng điện từ, nhiễu có thể phát sinh từ
nhiều nguồn khác nhau. Các trạm mặt đất vệ tinh và các trạm thu phát sóng điện từ phi vệ
tinh làm việc trong các hệ thống tách biệt có thể gây các loại nhiễu cho nhau như sau:
A1: Trạm phi vệ tinh phát sóng, gây nhiễu đến phần thu của trạm mặt đất. A2 là
ngược lại.
7


B1: Vệ tinh phát sóng và ảnh hưởng đến phần thu của trạm mặt đất trong một hệ
thống vệ tinh khác.
B2: Trạm mặt đất phát sóng và ảnh hưởng đến phần thu của vệ tinh trong một hệ
thống vệ tinh khác.
C1: Vệ tinh phát sóng về trái đất và gây nhiễu lên phần thu của hệ thống mặt đất phi
vệ tinh. C2 là ngược lại.
E: Vệ tinh phát sóng gây ảnh hưởng đến phần thu của vệ tinh khác.

F: Trạm mặt đất phát sóng gây ảnh hưởng đến trạm mặt đất khác.

Hình 2.5. Các kiểu nhiễu có thể giữa các mạng
ITU quy định công suất phát tối đa (chính xác hơn là mật độ phổ năng lượng tối đa)
để cố gắng giảm thiểu khả năng gây nhiễu, tuy nhiên, nhiễu vẫn có thể có, và cần sự phối
hợp giữa các nhà khai thác.
Với hệ thống vệ tinh địa tĩnh, kiểu nhiễu B1 và B2 làm cho số lượng quỹ đạo vệ tinh
giảm. Nó cho thấy tầm quan trọng của việc ITU phải giới hạn mật độ phổ năng lượng mà
các trạm mặt đất phát lên. Phân tán năng lượng là một kỹ thuật được sử dụng để phân bố lại
năng lượng phát ra đồng đều hơn trên toàn bộ băng tần sử dụng.
2.2.1. Nhiễu vệ tinh lân cận - ASI (trường hợp B1 và B2)
Nhiễu có thể được coi như một dạng tạp âm, hiệu suất sử dụng của sóng mang được
đánh giá qua thông số C/I, là tỷ số giữa công suất sóng mang mong muốn trên công suất
8


nhiễu tác động. Một thông số nữa cần phải xét đến là mẫu phát xạ của anten trạm mặt đất.
Mặt phản xạ càng lớn thì độ rộng búp sóng càng nhỏ.
Khoảng cách quỹ đạo của 2 vệ tinh được định nghĩa là α, góc nhìn từ tâm trái đất
(góc địa tâm). Tuy nhiên từ trạm mặt đất, góc nhìn 2 vệ tinh là β. Đối với hầu hết các trường
hợp tính toán liên quan đến nhiễu, ta coi tương đối α = β. Nhưng thực tế, việc coi tương đối
như thế dẫn đến việc sai số về nhiễu.
2.2.1.1. C/I hướng xuống (downlink)
2.2.1.2. C/I hướng lên (uplink)
2.2.1.2. C/I tổng hợp giữa hướng lên và hướng xuống:
2.2.2. Hàm tăng ích của anten
Mẫu bức xạ anten có thể chia làm ba vùng: vùng búp chính, vùng búp phụ và vùng
chuyển tiếp. Trong tính toán nhiễu, ta không cần quan tâm chi tiết cụ thể về mẫu bức xạ, mà
chỉ cần quan tâm đến đường bao của nó.
Hàm tăng ích (dB) xác định tại các góc θ

0
khác nhau:
[

(

)
]
=

29
−
25





(
1
≤

≤
7
)
+
8






















(
7
<

≤
9
.
2
)
32
−
25


(
9
.
2
<

≤
48
)
−
10














(
48
<


≤
180
)

(2.14)
Với khoảng cách quỹ đạo như hiện nay, hàm tăng ích trên được sử dụng để đánh giá
mức độ ảnh hưởng của nhiễu.
2.2.3. Nhiễu dải thông (passband)
Tỷ số sóng mang trên nhiễu (C/I) tại đầu vào máy thu tùy thuộc vào độ rộng băng tần
bị ảnh hưởng trùng khớp bao nhiêu với dải thông kênh mong muốn.
Hai khả năng có thể xảy ra, khả năng thứ nhất toàn bộ dải thông mong muốn bị ảnh
hưởng bởi nhiễu một nhiễu và khả năng thứ hai nhiều sóng mang gây nhiễu ở trong dải
thông mong muốn.
2.2.3. Tán xạ năng lượng
Năng lượng của tín hiệu là hằng số và độc lập với chỉ số điều chế. Khi không điều
chế, tất cả năng lượng ở tần số sóng mang, và khi đã điều chế, cùng một mức năng lượng
9


như vậy phân bố trên sóng mang và dải bên. Sử dụng đặc tính này trong các trường hợp cụ
thể để giới hạn mật độ phổ trong giới hạn được khuyến nghị.
Phân tán năng lượng làm giảm tất cả các kiểu nhiễu đặc biệt là kiểu A2, giữa trạm
mặt đất và trạm phi vệ tinh, và C1 giữa vệ tinh và trạm phi vệ tinh. Nó cũng làm giảm tạp
âm xuyên điều chế.
2.2.4. Phối hợp giữa các nhà khai thác vệ tinh
Khi một mạng vệ tinh mới chuẩn bị được đưa vào sử dụng, những tính toán phải
được thực hiện để chắc chắn rằng các mức nhiễu ở trong giới hạn an toàn. Việc tính toán
phải dựa vào các thông số điều chế mong muốn trên tần số mong muốn sử dụng và các
thông số và tần số của hệ thống gây nhiễu hoặc bị nhiễu. Việc tính toán tương đối phức tạp,
và đòi hỏi có sự phối hợp.

2.3. Thực trạng chất lượng đường truyền qua vệ tinh Vinasat
Là một nhà khai thác vệ tinh non trẻ, VINASAT gặp không ít khó khăn trong công
tác quản lý và khai thác băng tần vệ tinh. Từ khi chính thức đưa vào khai thác vệ tinh đầu
tiên, tháng 6/2008 đến nay, VINASAT đã phải đối mặt với hàng trăm vụ nhiễu lớn nhỏ, bao
gồm nhiễu phân cực (XPI), nhiễu vệ tinh lân cận (ASI) đường lên và xuống, nhiễu xuyên
điều chế, sóng mang không rõ nguồn phát,… ảnh hưởng rất nhiều đến chất lượng truyền
dẫn, và dịch vụ được cung cấp. Bên cạnh đó, công tác thiết kế đường truyền, tối ưu phân bổ
tần số,… chưa thực sự được trú trọng. Tuy nhiên, VINASAT cũng đang từng bước cải thiện
quy trình làm việc, bổ sung các nghiên cứu kỹ thuật phù hợp với điều kiện của Việt Nam,
giải quyết những tồn đọng và dần đi vào ổn định.
10


Chương 3: TÍNH TOÁN ĐƯỜNG TRUYỀN
Tính toán, thiết kế đường truyền, và xét trong các điều kiện khác nhau, giới thiệu
phần mềm tính toán đường truyền.
3.1. Cơ sở tính toán.
3.1.1. Phương trình truyền sóng
Xét một nguồn phát xạ, trong không gian tự do, phát xạ một công suất tổng là P
t
(W).
Mật độ thông lượng qua bề mặt cầu có bán kính R là:

=


4





(

/


)

(3.1)
Anten trên thực tế đều có tăng ích ():

(

)
=

(

)


/
4


(3.2)
Trong đó:
() là công suất phát xạ tại góc 



là tổng công suất phát xạ bởi anten

(

)
là hệ số tăng ích của anten tại góc 
Với một máy phát có công suất ra là 

tới một anten có tăng ích là 

thì mật độ
thông lượng ở hướng nhìn của anten tại khoảng cách R là:

=




4




(

/


)

(3.3)




được gọi là công suất bức xạ đẳng hướng tương đương (hay EIRP)
Nếu có một anten thu lý tưởng có khẩu độ A (m
2
), ta sẽ thu được công suất 

, tính
bởi:


=

.


(3.4)
Trong thực nghiệm với anten có khẩu độ 

ta không thể thu được công suất như
trên, vì một phần công suất bị phản xạ và một phần công suất bị hấp thụ bởi các thành phần
suy hao. Phần suy giảm này được phản ánh vào khẩu độ hiệu dụng 

của anten.


=

ɳ




(3.5)
Và ɳ

là hệ số hiệu suất của khẩu độ anten. Với anten parabol, ɳ

thông thường nằm
trong khoảng 50% đến 75%, anten càng lớn thì hiệu suất càng cao. Do đó công suất thu
được bởi anten có khẩu độ 

và khẩu độ hiệu dụng 

là:
11



=






4





(

)

(3.6)
Phương trình trên bản chất độc lập với tần số nếu 

và 

là hằng số trong dải tần
cho trước. Công suất thu được tại trạm mặt đất chỉ phụ thuộc vào EIRP của vệ tinh, diện
tích hiệu dụng của anten trạm mặt đất và khoảng cách R.


=






(
4

/

)



(

)

(3.8)
Đây chính là phương trình truyền sóng, ta có thể viết lại:


=

+


−



(

)

(3.10)
3.1.2. Nhiệt độ tạp âm và tỷ số G/T
Công suất tạp âm là:


=







(3.15)
Để tìm lượng tạp âm tạo ra bởi các phần tử của hệ thống thu tạp âm thấp, người ta coi
phần tử đó như một hộp đen với một nhiệt độ tạp âm tương đương, 

. Nếu coi 

là hệ số
khuếch đại tổng thể của một hệ thống thu và băng thông nhỏ nhất của nó là 

(Hz), thì
công suất tạp âm ở đầu vào bộ giải điều chế là:


=








(

)

(3.16)
Giả sử công suất anten đưa đến đầu vào của bộ thu RF là 

. Công suất tín hiệu tại
đầu vào bộ giải điều chế là 



(W). Vì thế, C/N của nó tại bộ giải điều chế sẽ là:


=












=









(3.18)
Hệ số khuếch đại của hệ thống thu không còn hiện diện trong công thức trên nữa, vì
vậy ta có thể tính được tỷ số C/N ngay tại đầu ra của anten, nếu biết nhiệt độ tạp âm của hệ
thống.
3.1.2.1. Tính toán nhiệt tạp âm hệ thống
Công thức tính nhiệt độ tạp âm tương đương đầu vào của hệ thống:


=


+


+





+








(3.22)
Nếu tầng khuếch đại đầu tiên có hệ số khuếch đại lớn, thì tạp âm bởi các phần tử
khuếch đại IF và các tầng sau có thể bỏ qua và nhiệt độ tạp âm hệ thống đơn giản chỉ là tổng
của nhiệt độ tạp âm của anten và của LNA, 

= 

+ 

.
12


Nhiệt độ tạp âm tương đương đầu ra được tính bởi:


=


(
1
−


)

(3.23)
Trong đó G

l
là hệ số khuếch đại (nhỏ hơn 1, vì đây là thiết bị suy hao) và T
p
là nhiệt
độ vật lý của thiết bị hay môi trường suy hao.
3.1.2.2. G/T của trạm mặt đất:
C/N tỷ lệ với G/T, đơn vị dB/K, vì vậy G/T được dùng để đánh giá chất lượng của hệ
thống thu vệ tinh, vì khi tăng G/T ta sẽ tăng được C/N. Một số trạm mặt đất có G/T âm, vì
khi đó độ tăng ích của anten nhỏ hơn giá trị nhiệt độ tạp âm của hệ thống, giá trị của G/T
luôn trong hệ dexibel.
3.2. Phân tích và tính toán đường xuống
Công suất thu:


=

+


−


−


−


−




(

)

(3.25)
Công suất tạp âm:

=

+


+



(

)

(3.26)
3.3. Phân tích và tính toán đường lên
Công suất thu được ở đầu vào bộ phát đáp là:


=



+


+


−


−



(

)

(3.27)
Trong đó (

+ 

) là EIRP của trạm phát, 

là hệ số tăng ích của anten vệ tinh theo
hướng trạm phát và 

là tổn thất đường truyền, 

là suy hao khác ngoài tổn thất đường

truyền. Từ đó ta có (/)

tại đầu vào của máy thu vệ tinh là:

/

=
10


(


/





)
=


−





(3.28)

3.4. Tổng hợp C/N và C/I trong tuyến vệ tinh
Khi một tuyến có nhiều tỷ số C/N thì chúng ta tổng hợp chúng lại thành một tỷ số
C/N duy nhất, ký hiệu là (/)

:
(

/

)

=
1
/

1





+
1





+
1






+
⋯

(3.30)
Vì tạp âm trong các tỷ số C/N là khác nhau tùy từng điểm, còn công suất sóng mang
C thì giống nhau, nên ta có thể viết lại công thức trên là:
13


(

/

)

=
1



+


+



+
⋯


=



+


+


+
⋯

(3.31)
Viết lại dưới dạng đơn vị dB:
(

/

)

=

−
10



(


+


+


+
⋯
)

(3.32)
Như vậy C/N thu được ở trạm thu không phải là C/N cho hướng xuống, mà là C/N
tổng thể.
3.5. Suy hao tuyến lên và xuống trong mưa.
Ảnh hưởng do mưa cho tuyến lên và xuống là khác nhau. Chúng ta thường giả sử
rằng có suy hao chỉ cho tuyến lên hoặc tuyến xuống, chứ không đồng thời ở cả hai hướng, vì
thông thường trạm phát và trạm thu nằm tách biệt nhau về vị trí địa lý (>20km).
3.5.1. Suy hao hướng lên và (C/N)
up
Nhiệt độ tạp âm phần thu của bộ phát đáp không thay đổi nhiều khi có mưa tại hướng
lên. Nhiệt độ tạp âm của trái đất cho vùng phủ của một vệ tinh địa tĩnh nằm trong khoảng
270K đến 250K. Nhiệt độ tạp âm hệ thống tương ứng cho bộ phát đáp vệ tinh địa tĩnh trong
khoảng 400K đến 500K.
Nếu bộ phát đáp hoạt động ở chế độ tuyến tính, (/)


sẽ giảm một lượng bằng
đúng lượng suy hao do mưa, 

dB, ta có công thức cho trường hợp này:
(

/

)





=
(

/

)





−





(3.33)
3.5.2. Suy hao hướng xuống và (C/N)
up

Nhiệt độ tạp âm hệ thống thu trạm mặt đất thay đổi rõ rệt do mưa khi nó tác động ở
tuyến xuống. Nhiệt độ tạp âm bầu trời có thể tăng sát đến nhiệt độ vật lý của từng giọt mưa,
đặc biệt là với trời mưa to. Công suất sóng mang thu (C) bị giảm còn công suất tạp âm (N)
tăng lên, ta có:
(

/

)



=
(

/

)





−



−
∆





(3.36)
C/N tổng thể sẽ là:
(

/

)

=
1
/

1







+
1










(3.37)
3.6. Quy trình thiết kế đường truyền thông tin vệ tinh
14


Tính toán thiết kế tuyến thông tin vệ tinh cho một hướng có thể được tóm tắt bằng 10
bước, các hướng ngược lại được tính tương tự:
1. Xác định băng tần mà hệ thống sẽ làm việc. Tính toán so sánh có thể giúp ta lựa
chọn phù hợp hơn.
2. Xác định các thông số vệ tinh, ước lượng các thông số mà ta không biết.
3. Xác định các thông số của trạm phát và thu.
4. Bắt đầu từ trạm phát, thiết lập bảng tính toán tuyến lên và công suất tạp âm bộ phát
dáp để tìm ra (/)

tại bộ phát đáp.
5. Tìm công suất ra của bộ phát đáp dựa vào hệ số khuếch đại hoặc OBO của bộ phát
đáp đó.
6. Thiết lập tính toán tuyến xuống và tạp âm cho trạm thu, tính toán (/)

và
(/)


cho trạm thu tại rìa của vùng phủ (điều kiện xấu nhất).
7. Tính tỷ số S/N hoặc BER cho kênh cơ bản. Tìm ra được dự phòng cho tuyến.
8. Ước lượng kết quả và so sánh với yêu cầu của tuyến. Thay đổi các thông số của hệ
thống để có những giá trị (/)

, S/N hay BER chấp nhận được. Có thể mất một vài lần
thay đổi để có giá trị cần thiết.
9. Xác định điều kiện môi trường mà tuyến có thể gặp phải. Tính toán thời gian ảnh
hưởng cho từng tuyến lên, xuống.
10. Thiết kế lại hệ thống bằng cách thay đổi các thông số nếu dự phòng tuyến chưa
đủ. Kiểm tra lại tất cả các thông số có thể, và thiết kế lại để đạt được dự phòng tuyến mong
muốn.
3.7. Phần mềm tính toán quỹ đường truyền Link budget.
Phần mềm tính toán quỹ đường truyền (Link budget) là một website được thiết kế
trên nền Microsoft .NET Framework 4.0, sử dụng Microsoft Visual Studio 2010, ngôn ngữ
lập trình C Sharp, với cơ sở dữ liệu Microsoft SQL Server 2008.
Giao diện của trang web gồm 4 phần chính: Phần phát, Phần vệ tinh, Phần thu và
Phần kết quả tính toán.


15


Chương 4: TỐI ƯU ĐƯỜNG TRUYỀN
Giới thiệu thực trạng chất lượng, các tham số sử dụng trong tối ưu, phương pháp thực
hiện. Đánh giá và kết quả sau tối ưu.
4.1. Cơ sở tối ưu
Các biện pháp tối ưu được đề cập hầu hết tập trung vào việc nâng cao tỷ số C/I từ đó
cải thiện chất lượng tuyến truyền dẫn. (/)


là tổng hợp của các C/N và C/I trên toàn
tuyến:
(

/

)

=
1
/

1





+
1





+
⋯
+
1






(4.1)
Và nếu có


là băng thông tạp âm còn


là tốc độ dữ liệu, ta có:




=





.




=


.
(

/

)


(4.2)
=> Làm tăng C/I, sẽ giúp cho (/)

tăng tăng theo, cải thiện chất lượng tín hiệu
thu.
Các phương án tối ưu sau được thực hiện bằng công cụ máy phân tích phổ kết hợp
với hệ thống anten và máy thu giám sát băng tần vệ tinh.
4.2. Tối ưu trong phân bổ băng tần.
Với tín hiệu mong muốn C có băng thông 

bị ảnh hưởng bởi nhiễu I, có băng
thông 

, thì tỷ số C/I sẽ được tăng thêm một lượng là ∆= 

/

, vì vậy chênh lệch băng
thông càng lớn thì ∆ sẽ cải thiện C/I càng nhiều.
Sử dụng máy phân tích phổ xem xét băng tần và phân tích nền nhiễu, từ đó bố trí các
sóng mang sao cho chênh lệch độ rộng băng tần của các sóng mang trên hai vệ tinh hoặc hai
phân cực (phần dùng chung băng tần) càng lớn càng tốt để tạo ra hệ số lợi ích lớn.

Sau khi thực hiện tối ưu, C/I của sóng mang lớn được cải thiện rõ rệt, bởi ∆ có thể
hơn 10dB, ít nhất cũng phải đạt được 3dB.
4.3. Tối ưu thông số vệ tinh
Bộ khuếch đại bù tuyến tính và tự động điều chỉnh mức (LDALC) có hai chế độ hoạt
động là Chế độ khuếch đại cố định (FGM) và Chế độ tự động điều chỉnh công suất (ALC).
16


Với chế độ FGM, thay đổi FCA sẽ làm thay đổi mật độ thông lượng bão hòa
(=−(90+ /)/

). Với chế độ ALC, công suất ra của bộ phát đáp
(hay EIRP
d
) luôn ổn định với mọi mức đầu vào trong dải 20dB
=> Áp dụng chế độ ALC-0 (đầu ra luôn bão hòa) cho sóng mang DTH full
transponder nhằm giảm công suất trạm phát và giảm ảnh hưởng của mưa đến trạm thu. Với
các dịch vụ khác, sử dụng chế độ FGM với thông số FCA được thay đổi để điều chỉnh độ
nhạy của bộ phát đáp sao cho vừa tránh được các xuyên điều chế mà vẫn đảm bảo không
quá nhạy cảm với nhiễu.
4.4. Tối ưu mẫu bức xạ anten
Dựa vào các khuyến nghị cho mẫu bức xạ của anten parabol gồm có S.465 (32-
25log), S.580 (29-25log) và mới nhất là S.1855 (29/32-25log) để đánh giá mẫu bức xạ.
Các anten có mẫu bức xạ không đạt tiêu chuẩn sẽ gia tăng các nguy cơ: gây nhiễu ASI cao
cho các vệ tinh lân cận, xuyên điều chế ở trạm phát, hiệu suất anten giảm.
Anten trạm mặt đất phải tinh chỉnh các bộ phận của anten (chủ yếu là mặt phản xạ
phụ - subreflector) và liên hệ với NOC để kiểm tra lại mẫu bức xạ trong suốt quá trình tinh
chỉnh. Mẫu bức xạ được đo bằng máy phân tích phổ.
4.5. Tối ưu các sai số căn chỉnh anten
Để có sai số căn chỉnh ở mức thấp nhất, trước tiên phải đảm bảo anten có mẫu bức xạ

đạt tiêu chuẩn và tuân thủ chặt chẽ quy trình đăng nhập của Đài Khai thác vệ tinh – NOC.
Quy trình căn chỉnh anten được áp dụng cho các anten đăng nhập vệ tinh VINASAT-
1 gồm hai phần: căn chỉnh hướng và căn chỉnh phân cực.
4.5.1. Căn chỉnh hướng anten
4.5.2. Căn chỉnh phân cực.
Độ cách ly phân cực đối với VINASAT phải lớn hơn 30dB
4.5.2.1. Các bước căn chỉnh phân cực hướng phát.
4.5.2.2. Các bước căn chỉnh phân cực hướng thu.
4.6. Xử lý nhiễu
Chương 2 đã phân tích các loại nhiễu trong thông tin vệ tinh, trong đó phân loại cụ
thể các nguồn có thể gây nhiễu cho một hệ thống vệ tinh bất kỳ. Phần này sẽ đề cập chi tiết
17


hơn các thành phần nhiễu thường gặp trong các hệ thống sử dụng vệ tinh VINASAT và cách
xử lý.
Mục tiêu:
Tăng C/I bằng cách xác định cơ chế ảnh hưởng của các loại nhiễu thường gặp và có
phương án phòng chống, loại trừ, xử lý chúng.
Thực trạng và phân loại nhiễu:
Các loại nhiễu trên VINASAT khá đa dạng, trong đó nhiễu phân cực (33%), nhiễu vệ
tinh lân cận ASI (25%) và nhiễu gây ra bởi sóng mang lạ (18%) chiếm phần lớn các trường
hợp.
Phân loại nhiễu theo hướng xử lý gồm 5 loại: nhiễu phân cực CPI, nhiễu vệ tinh lân
cận ASI, nhiễu do sóng mang không rõ nguồn gốc, nhiễu xuyên điều chế, và tạp nhiễu.
4.6.1. Nhiễu xuyên điều chế
Cơ sở lý thuyết :
Nhiễu xuyên điều chế (intermodulation) xuất hiện khi một hệ thống (hoặc thiết bị)
không tuyến tính có đầu vào gồm nhiều thành phần tần số, tạo ở đầu ra những xung không
mong muốn tại những tần số khác.

Hình 4.9. Hình thái tạo intermodulation
Các thành phần hài bậc k (k=m+n trong đó tần số hài được tính là mf
1
+nf
2
) được gọi
là các IMk. Trong đó các thành phần IM bậc lẻ có ảnh hưởng trực tiếp đến tín hiệu cần lọc,
đặc biệt là IM bậc 3 (IM3), vì nó có biên độ lớn hơn.
Với các sóng mang (là một dải tần số), chân sóng mang sẽ bị dềnh lên, chờm ra ngoài
phần băng tần được phân bổ.
18


~f ~f

Hình 4.12. Tác động của hệ thống phi tuyến lên sóng mang đơn
Phương pháp xử lý tối ưu:
Để giải quyết ảnh hưởng của các thành phần xuyên điều chế, ngoài việc đảm bảo độ
lùi cho máy phát trạm mặt đất, ta cần phân bổ công suất bộ phát đáp (hay EIRP hướng
xuống) theo lượng sóng mang hoạt động trên vệ tinh.
Một sóng mang trên toàn bộ phát đáp có thể bão hòa toàn bộ phát đáp mà không gây
ảnh hưởng xuyên điều chế.
Trường hợp có trên một sóng mang hoạt động, thì yêu cầu phải có độ lùi (đầu ra) để
đảm bảo không bị ảnh hưởng bởi xuyên điều chế. Với 02 sóng mang, độ lùi đầu ra phải đảm
bảo trên 1.5dB, trường hợp nhiều sóng mang hơn phải luôn đảm bảo bộ phát đáp hoạt động
ở trạng thái có độ lùi đầu ra tối thiểu 4dB.
4.6.2. Tạp nhiễu FM
Nhiễu FM là trường hợp tiêu biểu của tạp nhiễu từ hệ thống mặt đất ảnh hưởng đến
đường truyền sóng vệ tinh. Các hệ thống làm việc với trung tần IF 70MHz là đối tượng ảnh

hưởng chính của loại nhiễu này. Vì đây là quá trình xâm nhập của hệ thống phi vệ tinh nên
nguyên nhân chủ yếu do kết nối giữa MODEM và thiết bị RF kém (hở, thiết bị kết nối
không tốt…) hoặc hệ thống nối đất không đảm bảo.
Baseband
Up Converter
IF
70 MHz
HPA
RF
6 GHz
70
MHz
6 GHz
Tín hiệu FM:
88÷108 MHz

19


Hình 4.17. Nguồn gốc của nhiễu FM
Xử lý nhiễu FM cũng bám sát nguyên nhân gây nhiễu, theo đó, các thiết bị trạm mặt
đất phải đảm bảo tiêu chuẩn cách ly, chống nhiễu, hệ thống nối đất đảm bảo theo tiêu
chuẩn… và đặc biệt là phối hợp chặt chẽ trong quá trình đăng nhập vệ tinh để loại trừ nguy
cơ gây nhiễu.
4.6.3. Nhiễu phân cực.
Nhiễu phân cực gây ra bởi các sóng mang trên các phân cực khác nhau trong các hệ
thống vệ tinh tái sử dụng băng tần. Việc trạm phát gây nhiễu phân cực chủ yếu do căn chỉnh
phân cực không tốt, không phối hợp đăng nhập vệ tinh hoặc tác động của các hình thái khí
hậu tiêu cực (bão, gió to…). Vì vậy, để giải quyết nhiễu phân cực, trạm gây nhiễu phải thực
hiện lại quy trình đăng nhập vệ tinh của NOC được nêu trong phần 4.5 và đảm bảo trạm

phát sóng được bảo dưỡng định kỳ.
4.6.4. Xử lý nhiễu giữa các vệ tinh lân cận – ASI
Nhiễu giữa các vệ tinh như đề cập tại phần 2.2.1 gồm nhiễu hướng lên và hướng
xuống.
Nhiễu ASI hướng lên chủ yếu do hai nguyên nhân: Anten phát không tuân thủ quy
trình đăng nhập vệ tinh hoặc mẫu phát xạ không đạt tiêu chuẩn. Anten đường kính lớn có
mẫu bức xạ kém thường có búp sóng phụ cao gây nhiễu còn với anten có khẩu độ nhỏ thì
thường búp chính của anten rộng gây ra nhiễu. Cách giải quyết với kiểu nhiễu ASI hướng
lên đã được đề cập trong phần 4.5 (quy trình đăng nhập vệ tinh) và 4.4 (tối ưu mẫu bức xạ
anten).
Nhiễu ASI đường xuống cũng do hai nguyên nhân: Anten thu có đường kính quá nhỏ
(nên búp sóng rộng hơn) và anten thu chỉnh hướng không đúng. Trong đàm phán quỹ đạo vệ
tinh, các vấn đề đường kính anten tối thiểu và công suất phát tối đa của các trạm mặt đất đã
được quy định và thống nhất giữa các nhà khai thác, trong đó các nhà khai thác đi trước
được ưu tiên hơn, vì vậy trong quá trình tính toán, lắp đặt và căn chỉnh phải bám chặt các
điều khoản này để sử dụng anten đúng kích cỡ khi sử dụng trong khu vực trùng nhau về
vùng phủ.
4.6.5. Xử lý sóng mang không rõ nguồn phát.
20


Trong quá trình vận hành, có các trường hợp vô tình hoặc cố ý phát trộm, sử dụng
trái phép băng tần vệ tinh, mà không thể tìm ra nguồn gốc trạm phát. Các nhiễu này có thể
là sóng mang hoặc không. Để tìm ra trạm phát trong trường hợp này, các bước giải quyết
như sau theo trình tự ưu tiên:
- Xem xét trong cơ sở dữ liệu các trạm phát sóng mang có cùng kiểu điều chế, cùng
dạng sóng mang, đã từng phát lên bộ phát đáp đó hoặc lân cận.
- Chụp ảnh phổ tại đầu ra HPA của tất cả các trạm phát trên cùng băng tần, kể cả
phân cực đối diện tại tần số nhiễu. Công việc này có thể loại trừ các trạm không gây nhiễu.
- Sử dụng công nghệ định vị trạm phát (Geolocation).

Đánh giá và nhận xét (về các biện pháp xử lý nhiễu):
Đa phần nhiễu tác động nhiều đến chất lượng tuyến lại không thể phát hiện bằng trực
giác. Để thấy rõ, ta xét một tuyến vệ tinh có giá trị C/N tại các chặng như sau:
(/)

= 19=80, (/)

= 25=240
=>
1





=
1





+
1





=

1
80
+
1
240
=> 




= 60 ≈17.8
Giả sử C/I tổng hợp tác động lên sóng tuyến là (/)

= 20=100, mức nhiễu
này không đủ để nhìn thấy bằng phân tích phổ do (/)

> (/)

, ta có:
1





=
1






+
1





+
1





=
1
80
+
1
240
+
1
100

=> 





= 37.5 ≈15.7
Sau khi xử lý nhiễu, (/)

= 30= 1000, ta có:
1





=
1
80
+
1
240
+
1
1000
= 56.6 ≈17.5
Như vậy, qua xử lý tối ưu thì C/N tại đầu thu được cải thiện rõ rệt (+2dB). Thực tế,
mọi nguồn nhiễu đều có thể khắc phục để cách ly tối thiểu là 30dB, các trường hợp khó
thường là nhiễu phân cực và xuyên điều chế tại các trạm phát nhỏ, kéo C/I tổng thể xuống
thấp. Tất cả nguồn nhiễu đều được coi trọng như nhau vì chúng đều phản ánh vào C/I tổng
thể.
21


KẾT LUẬN

Đề tài đã phân tích các yếu tố chủ yếu ảnh hưởng đến một tuyến thông tin vệ tinh
gồm môi trường, thời tiết, nhiễu. Qua đó có thể rút ra một số kết luận sau:
- Trong tính toán quỹ đường truyền, phải dư thừa công suất để bù những ảnh hưởng
ngẫu nhiên từ môi trường.
- Dự phòng lượng công suất sẵn sàng bù đắp suy hao do mưa.
- Ảnh hưởng của nhiễu là khó dự đoán, không theo quy luật và là yếu tố chính tác
động lên đường truyền.
Đề tài cũng đã đề cập đến thực trạng chất lượng đường truyền trên các vệ tinh
VINASAT, đưa ra một số giải pháp tối ưu: phân bổ tần số, thiết lập thông số vệ tinh, lắp đặt
và căn chỉnh anten khi đăng nhập, một số biện pháp xử lý các kiểu nhiễu thường gặp trên vệ
tinh VINASAT. Các giải pháp được đề cập chủ yếu tập trung giảm thiểu ảnh hưởng của
nhiễu lên chất lượng đường truyền, cụ thể là nâng cao tỷ số C/I. Công cụ sử dụng để tối ưu
dựa trên cơ sở các trang thiết bị tại đài NOC, gồm máy đo phân tích phổ và hệ thống anten
thu giám sát, không có bất cứ phần mềm hỗ trợ nào.
Với kinh nghiệm vận hành và khai thác vệ tinh tại Việt Nam chưa nhiều, chắc hẳn
chưa bao quát được tất cả các trường hợp can nhiễu, chưa tận dụng và tối ưu tuyến hết khả
năng có thể. Tuy nhiên việc từng bước cải thiện chất lượng đường truyền sẽ vừa dần tối ưu
được công suất sử dụng, kéo dài tuổi thọ vệ tinh, vừa từng bước nâng cao chất lượng phục
vụ khách hàng.
Tác giả xin đề xuất những hướng mở rộng của đề tài như sau:
- Phát triển một phần tối ưu thành một tài liệu chi tiết về phân tích và xử lý nhiễu
trong thông tin vệ tinh, có xét đến các đặc điểm riêng của VINASAT.
- Các biện pháp tối ưu: phân tích các khả năng cụ thể từng phân đoạn mặt đất, không
gian, và vệ tinh.
- Phát triển phần mềm Tính toán tuyến cho sát hơn với đặc điểm riêng của
VINASAT trong đó có tác động của thời tiết đặc trưng trong khu vực.



22