Nhiễu trong thông tin vệ tinh, kết quả đo và một số giải pháp hạn chế nhiễu

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ





Bùi Ngọc Thạch









NHIỄU TRONG THÔNG TIN VỆ TINH KẾT QUẢ
ĐO VÀ MỘT SỐ GIẢI PHÁP HẠN CHẾ NHIỄU







LUẬN VĂN THẠC SĨ

Hà Nội - 2008







ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ





Bùi Ngọc Thạch

NHIỄU TRONG THÔNG TIN VỆ TINH, KẾT QUẢ
ĐO VÀ MỘT SỐ GIẢI PHÁP HẠN CHẾ NHIỄU




Ngành : Công nghệ Điện tử - Viễn thông
Chuyên ngành : Kỹ thuật vô tuyến và thông tin liên lạc
Mã số : 2.07.00



LUẬN VĂN THẠC SĨ



NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. TRẦN MINH TUẤN

Hà Nội - 2008




Hà Nội - 2007
i

MỤC LỤC
MỤC LỤC i
BẢNG DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT iii
DANH MỤC HÌNH VẼ v
DANH MỤC BẢNG BIỂU .vi
MỞ ĐẦU 1
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN VỆ TINH 3
1.1. Giới thiệu chung về thông tin vệ tinh 3
1.1.1. Giới thiệu chung 3
1.1.2. Đặc điểm của thông tin vệ tinh 3
1.2. Cấu trúc của tuyến liên lạc vệ tinh 4
1.2.1. Các thiết bị trong tuyến liên lạc thông tin vệ tinh 4
1.2.2. Tuyến liên lạc qua hệ thống thông tin vệ tinh 4
1.3. Các vấn đề trong truyền sóng 5
1.3.1. Tần số công tác của thông tin vệ tinh 5
1.3.2 . Phân định tần số trong thông tin vệ tinh 7
1.3.3. Tần số sử dụng cho thông tin vệ tinh cố định 8
1.3.4 . Phân cực sóng 9
1.3.5. Tạp âm 10
1.4. Đa truy nhập trong thông tin vệ tinh 11
1.4.1. Đa truy nhập phân chia theo tần số 12

1.4.2. Đa truy nhập phân chia theo thời gian 14
1.4.3. Kỹ thuật CDMA 17
1.4.4. Kỹ thuật DAMA 18
1.5. Cấu trúc trạm mặt đất 19
1.5.1. Anten trạm mặt đất 10
1.5.2. Bộ khuếch đại công suất 27
1.5.3. Bộ khuếch đại tạp âm thấp 28
1.5.4. Bộ đổi tần 28
Chương 2: NHIỄU TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH 31
2.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng hệ thống 31
ii

2.1.1. Các tham số cơ bản đánh giá chất lượng hệ thống thông tin vệ tinh 31
2.1.2. Một số yếu tố ảnh hưởng của môi trường truyền dẫn 34
2.2. Một số phương pháp tính nhiễu 37
2.2.1. Phương pháp tính nhiễu giữa các hệ thống thông tin vệ tinh địa tĩnh 37
2.2.2 Phương pháp tính nhiễu của các hệ thống thông tin vệ tinh phi địa tĩnh tới hệ
thống thông tin vệ tinh địa tĩnh 52
2.2.3. Tính nhiễu giữa hệ thống vô tuyến mặt đất với hệ thống vệ tinh địa tĩnh GSO
55

Chương 3: NHIỄU TRONG THÔNG TIN VỆ TINH CÁC KẾT QUẢ ĐO VÀ GIẢI
PHÁP HẠN CHẾ NHIỄU 63
3.1. Các nguồn nhiễu 63
3.2. Các nguồn nhiễu 64
3.2.1. Nhiễu tín hiệu FM 64
3.2.2. Nhiễu xuyên phân cực 66
3.2.3. Nhiễu sóng mang số, sóng mang sạch và sóng mang TV/FM 68
3.2.4. Nhiễu xuyên điều chế 69
3.2.5. Nhiễu vệ tinh lân cận 74

KẾT LUẬN 80
TÀI LIỆU THAM KHẢO 81









iii

1 BẢNG DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

VIẾT TẮT
TIẾNG ANH
TIẾNG VIỆT
BER
Bit Error Rate
Tỷ số lỗi bít
C/N
Carrier to Noise Ratio
Tỷ số công suất sóng mang trên tạp âm
C/T
Carrier to Temperature Ratio
Tỷ số công suất sóng mang trên nhiệt tạp
âm
Codec
Coder/Decoder

Bộ mã hoá/Bộ giải mã
CW
Continuous Wave
Sóng mang sạch
CPD
Cross Polarisation
Discrimination
Độ phân biệt phân cực chéo
DAMA
Demand Assigned Multiple
Access
Đa truy nhập phân chia theo yêu cầu
DEM
Demodulater
Bộ giải điều chế
DTH
Direct-To-Home
Truyền hình trực tiếp tại nhà qua vệ tinh
DC
Down Converter
Bộ đảo tần xuống
Eb/No
Energy Per Bit To Noise Density
Ratio
Tỷ số năng lượng bit/Mật độ tạp âm
EIRP
Equivalent Isotropic Radiated
Power
Công suất bức xạ đẳng hướng tương
đương

FSS
Fixed Stellite Service
Dịch vụ cố định qua vệ tinh
FEC
Forward Error Correction
Mã sửa lỗi trước
FDMA
Frequency Division Multiple
Access
Đa truy nhập phân chia theo tần số
FM
Frequency Modulation
Điều tần
G/T
Gain to Temperature Ratio
Tỷ số tăng ích trên nhiệt tạp âm
GSO
Geostationary Satellite Orbit
Quỹ đạo vệ tinh địa tĩnh
HF
High Frequency
Tần số cao
HPA
High Powered Amplifier
Bộ khuyếch đại công suất cao
IBO
Input Back Off
Độ lùi đầu vào
I/N
Interference to Noise Ratio

Tỷ số công suất nhiễu trên tạp âm
IF
Intermediate Frequency
Tần số trung tần
ITU
International
Telecommunications Union
Liên minh viễn thông thế giới
iv

LO
Local Oscilator
Bộ tạo dao động nội
LFS
Loss Frequency Space
Suy hao trong không gian tự do
LF
Low Frequency
Tần số thấp
LNA
Low Noise Amplifier
Bộ khuyếch đại tạp âm thấp
MSS
Mobile Stellite Service
Dịch vụ di động qua vệ tinh
MOD
Modulater
Bộ điều chế
MODEM
Modulater/Demodulater

Bộ điều chế /Giải điều chế
NOC
Network OpeRation Center
Đài điều hành khai thác mạng
ODU
Out Door Unit
Khối ngoài trời
OBO
Output Back Off
Độ lùi đầu ra
PSK
Phase Shift Key
Khóa dịch pha
PCM
Pulse Code Modulation
Điều chế xung mã
RF
Radio Frequency
Tần số cao tần
SFD
Saturation Flux Density
Mật độ thông lượng bão hòa
SCPC
Single Channel Per Carrier
Đơn kênh trên sóng mang
SSPA
Solid State Power Amplifier
Bộ khuếch đại công suất dùng bán dẫn
SHF
Super High Frequency

Tần số siêu cao
TDMA
Time Division Multiple Access
Đa truy nhập phân chia theo thời gian
TDM
Time Division Multiplex
Ghép kênh phân chia thời gian
TWTA
Traveling Wave Tube Amplifiers
Bộ khuếch đại đèn sóng chạy
UHF
Ultra High Frequency
Tần số cực cao
U/C
Up Converter
Bộ đổi tần lên
UAT
Uplink Access Test
Kiểm tra truy nhập trạm mặt đất
VHF
Very High Frequency
Tần số rất cao
VLF
Very Low Frequency
Tần số cực kỳ thấp
VSAT
Very Small Aperture Terminal
Trạm mặt đất dung lượng nhỏ
VINASAT
Viet Nam Satellite

Vệ tinh đầu tiên của Việt Nam
v

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Đường liên lạc thông tin vệ tinh 5
Hình 1.2: Đa truy nhập phân chia theo tần số 13
Hình 1.3: Đa truy nhập phân chia theo thời gian 15
Hình 1.4: Cấu hình của một trạm mặt đất 19
Hình 1.5: Anten Cassegrain 23
Hình 2.1: Suy giảm ở các băng tần do môi trường truyền dẫn 34
Hình 2.2: Mô tả ảnh hưởng nhiễu giữa hai mạng thông tin vệ tinh sử dụng một băng tần
trong cùng một hướng 42
Hình 2.3: Hai hệ thống sử dụng cùng một băng tần theo hai hướng ngược nhau 44
Hình 3.1: Tỷ lệ phần trăm các nguyên nhân gây nhiễu 63
Hình 3.2: Phổ nhiễu tín hiệu FM 64
Hình 3.3: Nhiễu tín hiệu FM 65
Hình 3.4: Nhiễu xuyên phân cực 66
Hình 3.5: Phổ nhiễu xuyên phân cực 67
Hình 3.6: Phổ nhiễu sóng mang số, sóng mang sạch và sóng mang TV/FM 69
Hình 3.7: Phổ nhiễu xuyên điều chế (1) 69
Hình 3.8: Nhiễu xuyên điều chế. 70
Hình 3.9: Phổ nhiễu xuyên điều chế (2) 70
Hình 3.10: Nhiễu vệ tinh lân cận (1) 74
Hình 3.11: Nhiễu vệ tinh lân cận (2) 75
Hình 3.12: Nhiễu vệ tinh lân cận hướng thu (1) 77
Hình 3.13: Nhiễu vệ tinh lân cận hướng thu (2) 78
Hình 3.14: Nhiễu vệ tinh lân cận hướng thu (3) 78

1

2 DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1: Tần phân loại sóng vô tuyến điện 7
Bảng 1.2 Các băng tần sử dụng cho thông tin vệ tinh 9
Bảng 2.1: Phân loại các sóng mang 46
Bảng 2.2: Các giá trị ngưỡng ứng với các cặp sóng mang nhiễu và bị nhiễu 47
Bảng 2.3: Giá trị của βvz phụ thuộc vào vùng khí hậu 60
Bảng 2.4: Giá trị d ứng với các vùng 60
Bảng 2.5: Giá trị ngưỡng L(P) 61

2

MỞ ĐẦU


Trong những năm gần đây, lĩnh vực thông tin viễn thông có những bước tiến
rất nhanh, đóng vai ngày càng quan trọng đối với sự phát triển của nền kinh tế.
Không nằm ngoài xu hướng đó, thông tin vệ tinh cũng không ngừng phát triển với
các ứng dụng, dịch vụ cho các ngành, lĩnh vực như: quân sự, viễn thông, khí tượng
thủy văn, hàng hải, khác thác dầu, giáo dục, y tế, phát thanh, truyền hình đặc biệt
là sự bùng nổ của truyền hình DTH. Với nhu cầu ngày càng lớn, các công nghệ, kỹ
thuật trong lĩnh vực thông tin vệ tinh cũng được tìm hiểu nghiên cứu, ứng dụng vào
thực tiễn rất nhiều.
Để đáp ứng nhu cầu rất lớn về dịch vụ thông tinh vệ tinh, số lượng quả vệ
tinh trên quỹ đạo được phóng lên ngày càng nhiều, khoảng cách giữa các quả vệ
tinh cũng bị thu hẹp từ khoảng cách 4
0

, 2
0
trước đây, hiện nay tại một vị trí quỹ đạo
có thể có vài quả vệ tinh, các dải tần vệ tinh C, Ku, Ka được sử dụng một cách tối
đa, công nghệ phủ sóng spotbeam cũng được nhiều nhà khai thác vệ tinh sử dụng.
Với việc khai thác tối đa nguồn tài nguyên thông tin vệ tinh, khả năng xuất
hiện, gây nhiễu trong cùng hệ thống cũng như giữa các hệ thống càng dễ xảy ra.
Trong thông tin vệ tinh tác động, ảnh hưởng của nhiễu đến chất lượng dịch vụ rất
lớn. Các nguồn nhiễu như: nhiễu sóng mang lân cận, nhiễu vệ tinh lân cận, nhiễu do
chính hệ thống của khách hàng, nhiễu xuyên phân cực, nhiễu mặt trời và nhiều loại
nhiễu khác.
Vì vậy, việc tìm hiểu nghiên cứu về nhiễu trong thông tin vệ tinh là rất cần
thiết, đặc biệt hiện nay nước ta đã phóng vệ tinh VINASAT-1 và sẽ phóng thêm
những quả vệ tinh khác trong tương lai.
Với các yêu cầu đó đề tài “Nhiễu trong thông tin vệ tinh, kết quả đo và một
số giải pháp hạn chế nhiễu” được lựa chọn để nghiên cứu, phân tích ứng dụng
thực tế, làm cơ sở xây dựng nên các quy trình xử lý nhiễu, nó rất hữu ích đối với
những người khai thác và khách hàng sử dụng dịch vụ thông tin vệ tinh.

3

Nội dung luận văn này gồm có 3 chương:
Chương 1: Tổng quan về thông tin vệ tinh
Trình bày về ứng dụng, dịch vụ, công nghệ, kỹ thuật và một số vấn đề của
thông tin vệ tinh.
Chương 2: Nhiễu trong hệ thống thông tin vệ tinh
Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng hệ thống, các tham số đánh
giá chất lượng hệ thống và một số phương pháp tính nhiễu.
Chương 3: Nhiễu trong thông tin vệ tinh các kết quả đo và giải pháp hạn chế
nhiễu

Đưa ra các thông tin chung về các nguồn nhiễu, loại nhiễu, các con số thống
kê về nguyên nhân gây nhiễu. Sau đó, với mỗi loại nhiễu được mô tả, đánh giá ảnh
hưởng đến chất lượng dịch vụ, phân tích nguyên nhân và đưa ra biện pháp hạn chế
khắc phục, có sử dụng kết quả đo để minh họa.
Tính toán công suất bức xạ đẳng hướng tương đương của mỗi sóng mang khi
phát một, nhiều sóng mang trên một bộ phát đáp. Tính toán công suất trạm mặt đất
khi phát bão hòa bộ phát đáp.
Để hoàn thành luận văn tốt nghiệp, tôi xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn
tận tình của thầy giáo TS.Trần Minh Tuấn và các thầy cô giáo Khoa Điện tử Viễn
thông - Trường Đại học Công nghệ - Đại học Quốc gia Hà Nội và các đồng nghiệp
của mình. Vì đây là một lĩnh vực khó nên các nội dung không tránh khỏi còn hạn
chế và thiếu sót.
Tôi rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến, phê bình của các thầy cô giáo
cũng như các đồng nghiệp để có thể bổ sung vào nội dung của luận văn này.
4

Chương 1
TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN VỆ TINH

1.1. Giới thiệu chung về thông tin vệ tinh
1.1.1. Giới thiệu chung:
Trong những năm trở lại đây, thông tin vệ tinh đó có những phát triển vượt
bậc, việc sử dụng những kỹ thuật mới làm cho các dịch vụ của thông tin vệ tinh trở
thành một dịch vụ phổ thông trên khắp thế giới. Hàng ngày hai hệ thống thông tin
vệ tinh toàn cầu lớn là Intelsat và Intersputnyk bay vũng quanh trái đất cung cấp
hàng ngàn kênh thoại cố định nối hàng trăm quốc gia với nhau. Ngoài ra cũng có
các vệ tinh khu vực như Aussat, Eusat, Arbsat… cung cấp các dịch vụ thoại cố
định, phát thanh truyền hình, truyền số liệu, đảm bảo thông tin dẫn đường cho hàng
không, cứu hộ hàng hải, thăm dò tài nguyên bằng hệ thống vệ tinh tầm thấp, các
chương trình đào tạo giáo dục từ xa… Tóm lại, ngày nay thông tin vệ tinh có mặt

hầu hết trong mọi lĩnh vực về viễn thông. Thông tin vệ tinh là thông tin giữa các
trạm mặt đất nhờ trạm lặp là trạm vệ tinh và là một trong ba loại thông tin vụ tuyến
vũ trụ để phân biệt với hai loại thông tin vụ tuyến vũ trụ khác là thông tin giữa một
trạm mặt đất với một trạm vũ trụ hay thông tin giữa hai trạm vũ trụ với nhau.
Intelsat là một tổ chức viễn thông quốc tế hoạt động phi lợi nhuận do hơn
một trăm nước thành viên góp vốn. Mạng thông tin vệ tinh do Intelsat cung cấp
ngày nay đang là mạng vệ tinh lớn nhất thế giới, cung cấp hơn 2/3 tổng số kênh liên
lạc quốc tế toàn cầu. Intersputnyk có mạng vệ tinh cho hơn chục nước tham gia vào
mạng thông tin liên lạc cố định và phủ sóng phát thanh truyền hình.
1.1.2. Đặc điểm của thông tin vệ tinh:
- Vùng phủ sóng lớn: Từ quĩ đạo địa tĩnh cách trái đất khoảng 37000 km vệ
tinh có thể nhìn thấy 1/3 trái đất, như vậy chỉ cần 3 vệ tinh trên quĩ đạo là có thể
phủ sóng toàn cầu.
5

- Dung lượng thông tin lớn: Với băng tần cung cấp rộng và sử dụng kỹ thuật
tái sử dụng băng tần, hệ thống thông tin vệ tinh cho phép đạt được dung lượng
thông tin rất cao.
- Độ tin cậy cao: Do tuyến thông tin vệ tinh chỉ có 3 trạm (2 trạm mặt đất đầu
cuối thông tin và trạm lặp vệ tinh) nên xác suất hư háng trên tuyến rất nhỏ.
- Tính linh hoạt cao.
- Đa dạng về loại hình dịch vụ.

1.2. Cấu trúc của tuyến liên lạc vệ tinh:
1.2.1. Các thiết bị trong tuyến liên lạc thông tin vệ tinh:
Không giống như trong các hệ thống thông tin khác là thông tin giữa các
phần tử trên mặt đất, mà tuyến thông tin trong thông tin vệ tinh là tuyến liên lạc
giữa một phần tử trên mặt đất và một phần tử trong không gian vũ trụ là vệ tinh nên
trong tuyến liên lạc thông tin vệ tinh bao gồm hai phần là phần không gian và phần
mặt đất.

Các phần không gian và mặt đất được xem xét kỹ thuật dưới đây:
- Phần không gian bao gồm vệ tinh, các thiết bị trên vệ tinh, thiết bị điều khiển
đo xa, các thiết bị cung cấp nguồn.
- Phần mặt đất cũng gọi là các trạm mặt đất bao gồm anten thu phát và các
thiết bị điều khiển bám vệ tinh, ống dẫn sóng các bộ chia cao tần và ghép công suất,
máy thu tạp âm thấp và các bộ giải điều chế, các bộ đổi tần lên xuống, các bộ
khuếch đại công suất lớn và các bộ điều chế.

1.2.2. Tuyến liên lạc qua hệ thống thông tin vệ tinh:
- Tại trạm phát: Các tín hiệu có băng tần cơ bản được điều chế thành trung tần,
sau đó được đổi lên cao tần nhờ bộ đổi tần tuyến lên UC (Up Converter) rồi được
khuếch đại lên mức công suất cao nhờ bộ khuếch đại công suất lớn HPA (High
Power Amplifier) và được phát lên vệ tinh qua anten phát.
6

- Tại trạm thu: Tín hiệu cao tần phát từ vệ tinh được thu bởi anten thu qua bộ
khuếch đại tạp âm thấp LNA (Low Noise Amplifier) và được đổi xuống trung tần
nhờ bộ đổi tần xuống DC (Down Converter), sau đó qua bộ giải điều chế để khắc
phục lại băng tần cơ bản giống bên phát.

1.3. Các vấn đề trong truyền sóng:
1.3.1. Tần số công tác của thông tin vệ tinh:
Sóng điện từ có dải rộng được dùng trong thông tin vệ tinh tuỳ vào sự khác
nhau về mục đích sử dụng. Sóng có tần số cao dễ bị hấp thụ và tiêu hao trong tầng
khí quyển, trong sương mù và đặc biệt là mưa. Sóng tần thấp lại bị yếu đi nhiều khi
đi qua nhiều tầng điện ly do bị hấp thụ hay bị phản xạ. Uỷ ban tư vấn quốc tế về vô
tuyến CCIR khuyến nghị dải tần làm việc trong thông tin vệ tinh là 1 GHz- 10 GHz,
đó là dải tần thực tế nhất trong thông tin vệ tinh và nó được gọi là “cửa sổ vô
tuyến”.
Các băng tần được sử dụng: Hiện nay thông tin vệ tinh sử dụng chủ hai băng
tần C và Ku với tần số cho tuyến lên và tuyến xuống là 4/6 cho băng tần C và 11/14



D/C
LNA
U/C
HPA
DEM
MOD


Hình 1.1: Đường liên lạc thông tin vệ tinh.

7

cho băng tần Ku, ngoài ra hiện nay băng tần 30/20 cũng mới được đưa vào sử dụng

(tần số tính bằng đơn vị GHz).
Độ rộng băng tần của thông tin vệ tinh là 500 MHz và nó được chia ra thành
các băng tần nhỏ hơn 36 MHz hoặc 70 MHz.
Tuy vậy để nâng cao giá trị hiệu dụng của băng tần nhằm tăng dung lượng
thông tin người ta đó sử dụng kỹ thuật sử dụng lại băng tần cho phép nâng băng tần
hiệu dụng lên tới 2590 MHz. Các kỹ thuật sử dụng lại băng tần thường được sử
dụng gồm có:
- Tái sử dụng băng tần bằng cách chọn phân cực: Các băng tần giống nhau
được phát xạ do các anten thông qua các bộ phát đáp khác nhau sử dụng phân cực
trực giao của sóng điện từ.
- Trong thông tin vệ tinh sóng điện từ phân cực theo hai loại tròn và tuyến tính
để truyền đi trong không gian, và để thu được những sóng điện từ đó thì anten thu
cũng phải có phân cực tương ứng. Anten có thu phân cực tuyến tính thu được với
mức lớn nhất sóng điện từ cùng phân cực nếu góc nghiêng sóng điện từ và anten
trong không gian là như nhau.
- Tái sử dụng băng tần bằng cách phân biệt các chùm tia phát xạ từ anten. Các
băng tần giống nhau được phát đi bằng các anten trên vệ tinh dùng các bộ phát đáp
khác nhau có các chùm tia thu và các chùm tia phát không trùng lên nhau.

1.3.2. Phân định tần số trong thông tin vệ tinh:
Việc phân định tần số được thực hiện theo Điều lệ vô tuyến điện ở mỗi khu
vực của ITU. Có ba khu vực của ITU; Nhật Bản nằm ở khu vực 3:
Khu vực 1: Châu Âu, Châu Phi, Liên bang Xô Viết cũ và các nước Đông Âu
Khu vực 2: Các nước Nam và Bắc Mỹ
Khu vực 3: Châu Á và châu Đại dương
Tuy nhiên do có sự khác nhau giữa các khu vực đối với dịch vô thông tin vệ
tinh nên phân định tần số cho ba khu vực này thường được tiến hành với một vài
ngoại lệ.
8

Bảng 1.1 Tần phân loại sóng vô tuyến điện:
Tần số
Dải tần số
Tần băng tần
Phân loại
theo bước sóng
Sử dụng chủ yếu
trong
1
30-300Hz
Tần số cực kỳ
thấp (VLF)
Sử dụng
trong vật lý
Chưa được phân định
2
300Hz-3KHz
Tần số cực
thấp (EHF)

3
3-30KHz
Tần số rất
thấp (VLF)
Sóng Mm
(chục nghìn m)
Vô tuyến hàng hải,thông
tin di động hàng hải
4
300-3000KHz

Tần số thấp
(LF)
Sóng Km
Thông tin di động hàng
không. Vô tuyến hàng hải
5
3-30MHz
Tần số trung
bình (MF)
Sóng Hectomet
(cỡ trăm m)
Phát thanh
Thông tin hàng hải
Thông tin quốc tế
6
30-300MHz
Tần số cao
(HF)
Sóng decamet
(cỡ chục m)
Phát thanh sóng ngắn
Các loại thông tin di động
Các loại thông tin cố định
7
300-3000MHz
Tần số rất cao
(VHF)
Sóng m
Phát thanh FM và truyền
hình

Các loại thông tin di động
8
3-30 GHz
Tần số cực
cao (UHF)
Sóng dm
Truyền hình
Các loại thông tin di động
Các loại thông tin cố định
9
30-300 GHz
Tần số siêu
cao (SHF)
Sóng cm
Thông tin vệ tinh và
rada
Viễn thông công cộng
Vô tuyến thiên văn
10
30-300 GHz
Tần số vô
cùng cao
(DHF)
Sóng mm
Vô tuyến thiên văn
Rada sóng mm
Nghiên cứu và thử
nghiệm
11
300-3000 GHz

Sóng
decimilimet
Chưa được phân định

9

1.3.3. Tần số sử dụng cho thông tin vệ tinh cố định:
Việc phân định tần số cho các dịch vô thông tin vệ tinh cố định nghĩa là vệ
tinh các điểm cố định. Trong này tần các băng tần như L, S và C được sử dụng rộng
rãi ở nhiều nước, bao gồm cả Nhật và Mỹ, đó là tần phổ thông không được quốc tế
công nhận.
Phân định tần số cho dịch vô thông tin vệ tinh cố định
Tần các tần số:
L: 1.0 – 2.0 GHz Ka: 26.5 –40.0 GHz
S : 2.0 – 4.0 GHz K: 18.0 – 26.5 GHz
C: 4.0 – 8.0 GHz Ku: 12.4 – 18.0 GHz
X: 8.0 – 12.4 GHz
- Băng C (6/4 GHz, cho đường lên gần 6 GHz và đường xuống gần 4 GHz)
Nằm ở khoảng giữa cửa sổ tần số, băng tần này chỉ suy hao ít do mưa và
trước đây đó được sử dụng cho hệ thống Viba dưới mặt đất; do đó sự phát triển của
thiết bị đó ở mức tiên tiến, nó được sử dụng chung cho hệ thống Intelsat và các hệ
thống khác bao gồm các hệ thống vệ tinh khu vực và nhiều hệ thống vệ tinh nội địa.
- Băng Ku (các băng 14/12 GHz và 14/11 GHz)
Băng này được sử dụng rộng rãi tiếp sau băng C cho viễn thông công cộng.
Nó được ưu tiên dùng hơn trong thông tin nội địa và thông tin giữa các công ty, do
tần số cao nên cho phép trạm mặt đất sử dụng được những Anten kích thước nhỏ.
- Băng Ka (30/20 GHz)
Băng Ka lần đầu tiên được sử dụng cho một đường thông tin thương mại qua
vệ tinh thông tin “SAKURA” của Nhật. Ưu điểm của thông tin vệ tinh sử dụng băng

tần này là cho phép sử dụng các trạm mặt đất nhỏ. Mặt khác nó cũng có những
nhược điểm là giá thành thiết bị tương đối cao để khắc phục suy hao lớn do mưa. Ở
Nhật khi sử dụng băng C và Ku vì hai băng tần này dễ gây nhiễu cho hệ thống viba
đặt ở các vùng khác nhau trên nước Nhật. Băng Ka 30/20 GHz có một ưu điểm là
không gây nhiễu với các hệ thống viba đó được sử dụng.

10

Bảng 1.2 Các băng tần sử dụng cho thông tin vệ tinh
Băng tần
Tần thông dụng
Đặc tính và ứng dụng
6/4 GHz
Băng C
Phù hợp nhất cho thông tin vệ tinh
Dùng cho thông tin quốc tế và nội địa
14/12 GHz
Băng Ku
Bị suy hao do mưa
Sử dụng cho thông tin quốc tế và nội địa
30/20 GHz
Băng Ka
Bị suy hao nhiều do mưa
Sử dụng cho thông tin nội địa

1.3.4. Phân cực sóng:
- Phân cực sóng là gì
Trường điện từ của một sóng vô tuyến điện khi đi trong một môi trường (như
là khí quyển) dao động theo một hướng nhất định. Phân cực là hướng dao động của
điện trường.

Có hai loại phân cực sóng vô tuyến điện được sử dụng trong thông tin vệ
tinh: sóng phân cực thẳng và sóng phân cực tròn.
- Sóng phân cực thẳng
Một sóng phân cực thẳng có thể tạo ra bằng cách dẫn các tín hiệu từ một ống
dẫn sóng chữ nhật đến anten loa. Nhờ đó, sóng được bức xạ theo kiểu phân cực
thẳng đứng song song với cạnh đứng của anten loa. Để thu được sóng này anten thu
cũng cần được bố trí giống tư thế của anten phía phát.
Khi đặt nó vuông góc, thì không thể thu được sóng này ngay cả khi sóng đi
vào ống dẫn sóng vì nó không được nối với đường cáp đồng trục. Mặc dù sóng phân
cực thẳng thì dễ dàng tạo ra, nhưng cần phải điều chỉnh hướng của ống dẫn sóng
anten thu sao cho song song với mặt phẳng phân cực của sóng đến.
- Sóng phân cực tròn
Sóng phân cực tròn là sóng khi truyền lan phân cực của nó quay tròn. Có thể
tạo ra loại sóng này bằng cách kết hợp hai sóng phân cực thẳng có phân cực vuông
góc với nhau và góc lệch pha là 90
0
. Sóng phân cực tròn là sóng phân cực phải hay
11

trái phụ thuộc vào sự khác pha giữa các sóng phân cực thẳng và sớm pha hay chậm
pha.
Phân cực quay theo chiều kim đồng hồ hay ngược chiều kim đồng hồ với tần
số bằng tần số sóng mang. Đối với sóng phân cực tròn mặc dầu không cần điều
chỉnh hướng của loa thu, nhưng mạch fiđơ của anten trở nên phức tạp hơn đôi chút.

1.3.5. Tạp âm:
- Khỏi niệm về tạp âm trong thông tin vệ tinh
Tạp âm được hiểu là tín hiệu không mong muốn có trong luồng tín hiệu thu
về, tạp âm làm giảm chất lượng thông tin, ví dụ như tạp âm làm giảm tỷ số tín hiệu
trên nhiễu S/N, hoặc làm giảm tỷ số sóng mang trên tạp âm, tăng tín hiệu lỗi bit

đường truyền. Trên thực tế đối với các hệ thống tin khác thì tạp âm thường rất nhỏ
so với tín hiệu hữu ích, nhưng trên tuyến thông tin vệ tinh, tín hiệu hữu ích thu được
thường rất nhỏ, trong khi đó tạp âm thì lại rất lớn do khoảng cách truyền của thông
tin rất dài (khoảng cách 37000 km). Tạp âm cũng được góp nhặt bởi anten từ môi
trường truyền sóng, suy hao do mưa. Tín hiệu thu về xem như bị chỡm trong tạp
âm. Vì thế nghiên cứu tạp âm là một vấn đề rất quan trọng không thể thiếu trong
thông tin vệ tinh.
- Các nguồn tạp âm trong thông tin vệ tinh
Tạp âm vũ trụ:
Tạp âm vũ trụ hình thành do nhiễu bức xạ cao tần từ các dải ngân hà, phát xạ
của mặt trăng, tác động mạnh ở dải tần dưới 10 GHz.
Tạp âm khí quyển:
Ô xy, ni tơ, hơi nước, sương mù, có trong khí quyển hấp thụ năng lượng
sóng điện từ có tần số xấp xỉ bằng tần số dao động của các phần tử khí nói trên khi
sóng điện từ truyền qua nó, chính sự hấp thụ này làm cho sóng điện từ bị suy yếu đi
và tạp âm cũng sinh ra từ đó. Trong thông tin vệ tinh dải tần từ 1 đến 10 GHz khi
góc ngẩng của anten dưới 5
o
thì mức suy hao do ảnh hưởng tầng đối lưu sẽ nhỏ hơn
12

1,5 dB. Suy hao do mây mù vào khoảng 1 dB trong dải tần 4-6 GHz (băng C) và
suy hao khoảng 3 dB trong dải tần 7 GHz và nhỏ hơn 6 dB ở dải tần 10 GHz.
Tạp âm do mưa:
Sóng điện từ không những bị suy hao do mưa mà còn cộng thêm tạp âm sinh
ra do các bức xạ siêu cao của mưa, thêm vào đó nhiệt độ nước mưa cũng là nguồn
tạp âm nhiệt. Có thể nói trong các nguồn tạp âm trong thông tin vệ tinh thì tạp âm
do mưa sinh ra cần phải lưu ý nhất. Do đó trong tính toán tuyến truyền thông tin vệ
tinh, để đảm bảo chất lượng thông tin người ta phải có tính toán đến sự dự trữ cho
mưa và đây cũng là một bài toán rất phức tạp.

Tạp âm trái đất:
Mặt đất phản xạ sóng điện từ đối với các búp sóng phụ của anten trạm mặt
đất, các búp sóng phụ này gây ra tạp âm ảnh hưởng trực tiếp từ mặt đất và tạp âm
khí quyển từ phản xạ từ mặt đất. Nhiệt tạp âm do ảnh hưởng của trái đất trong
khoảng từ 3-25˚K.
Tạp âm nhiệt:
Tạp âm sinh ra do hoạt động ngẫu nhiên của các điện tử tự do của các vật
dẫn điện, khi chuyển động các điện tử này va chạm với các nguyên tử và sinh ra tạp
âm nhiệt, mặc dù khi các vật dẫn hở mạch, các điện tử chuyển động hỗn loạn vẫn
sinh ra tạp âm nhiệt.

1.4. Đa truy nhập trong thông tin vệ tinh:
Trong một hệ thống thông tin vệ tinh, các trạm mặt đất liên lạc với nhau
thông qua vệ tinh. Vì vậy trong thông tin vệ tinh việc sử dụng các phương thức truy
nhập tới và từ vệ tinh được nghiên cứu một cách hết sức kỹ để có thể chọn lựa sử
dụng phương pháp có hiệu quả nhất. Băng tần của một vệ tinh thông thường được
chia thành những băng tần nhỏ, được khuếch đại một cách riêng rẽ dùng trong mỗi
bộ phát đáp. Việc truy nhập cho mỗi bộ phát đáp có thể được giới hạn với một trạm
mặt đất tại một điểm, hoặc cũng có thể thực hiện đồng thời nhiều sóng mang một
lúc. Trong một vệ tinh thì có thể bao gồm cả hai phương pháp truy nhập nói trên.
13

Một số bộ phát đáp chỉ làm việc với một sóng mang đơn, trong khi đó cũng có
những bộ phát đáp làm việc với nhiều sóng mang đơn và còn có những bộ phát đáp
lại xử lý một luồng thông tin nhiều sóng mang. Đó chính là các phương pháp truy
nhập tới các bộ phát đáp của vệ tinh.
Phần này giới thiệu các chọn lựa sẵn và các phương pháp truy nhập tới và từ
vệ tinh. Hiện nay hệ thống thông tin vệ tinh áp dụng phổ biến các phương thức đa
truy nhập khác nhau sử dụng tần số, thời gian, không gian hay sử dụng phương
pháp xử lý mã như phương pháp: FDMA, TDMA, CDMA, OMA, RMA, DAMA…

Truy nhập có thể được hiểu là nhiều người sử dụng chia nhau sử dụng cùng một tài
nguyên chung. Trong lĩnh vực thông tin vệ tinh thì những người sử dụng ở đây là
những trạm mặt đất có cùng kiểu dịch vô và khi các tuyến ISL (InterSatellite Link)
trở nên thông dụng thì khỏi niệm về người sử dụng cũng được mở rộng ra, bao gồm
các vệ tinh khác nhau và các dịch vụ khác trong tương lai.
Dưới đây trình bày một cách tổng quát một số kỹ thuật đa truy nhập thường
được sử dụng nhất đó là kỹ thuật FDMA và kỹ thuật TDMA.

1.4.1. Đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA):
FDMA là một phương thức đa truy nhập dùng trong thông tin vệ tinh, được
sử dụng khi có nhiều trạm mặt đất cùng làm việc trong một hệ thống thông tin vệ
tinh, dựa vào nguyên tắc phân chia theo tần số. Đó là trong hệ thống thông tin vệ
tinh dùng FDMA thì mỗi trạm mặt đất khi phát tín hiệu sẽ làm việc với một phần bộ
phát đáp đó được dành trước cho nó.
Mỗi trạm mặt đất thu gom toàn bộ lưu lượng thông tin của tram đó lên một
sóng mang đơn bằng cách ghép băng tần cơ bản FDM hoặc TDM mà không cần
biết địa chỉ của các thông tin đó. Sóng mang FM này mang các tín hiệu có địa chỉ
khác nhau được khuếch đại lên nhờ khuếch đại công suất của trạm mặt đất và đưa
tới anten phát lên vệ tinh. Anten thu của vệ tinh thu những sóng mang này đồng
thời với các sóng mang khác mà các sóng mang này phân biệt với nhau nhờ tần số
của chúng. Toàn bộ băng tần thu được sẽ được đưa qua các bộ lọc rồi sau đó được
14

khuếch đại bằng các bộ lọc rồi sau đó được khuếch đại bằng các bộ khuếch đại sau
các bộ lọc tương ứng.
Một kiểu FDMA thường được sử dụng là SCPC (mỗi kênh đơn trên một
sóng mang – Single Channel Per Carrier). Trong phương thức này thì một tín hiệu
hoặc là thoại hoặc là dữ liệu được điều tần hoặc điều pha PSK được phát đi và truy
nhập tới vệ tinh theo phương thức FDMA.
Kiểu đa truy nhập phân chia theo tần số PCM/PSK/FDMA dựa theo nguyên

tắc các kênh thoại được đưa đến trạm mặt đất dưới dạng các luồng PCM, sau khi
thực hiện biến đổi A/D các luồng số có tốc độ 16 - 64 Kbps được sử dụng trên một
chiều truyền dẫn của kênh thoại. Sau đó chúng được ghép kênh và điều chế sóng
mang theo kiểu PSK rồi phát đi, vệ tinh tiếp nhận chúng trên cơ sở FDMA. Nếu lưu
lượng truyền dẫn ở một trạm đó ở mức tới hạn sử dụng để tăng dung lượng kênh
thoại mà không cần phải tăng sóng mang trên vệ tinh.














Khi hệ thống hoạt động trong chế độ thoại sử dụng phương thức SCPC, thời
gian trung bình mà mỗi kênh được sử dụng trong chế độ đàm thoại chỉ chiếm 40%



Trạm
A
Trạm
B
Trạm

C
Trạm
D
Trạm
E
Trạm
F


A B C D E F
liên tục
Hình 1.2: Đa truy nhập phân chia theo tần số

15

toàn bộ thời gian hoạt động của kênh cho cuộc liên lạc đó. Chế độ thoại không làm
giảm độ rộng trung bình của băng tần sử dụng bộ phát đáp trên vệ tinh, nhưng tại
bất kỳ thời điểm nào cũng chỉ hoạt động với 40% dung lượng của sóng mang thoại
vì vậy yêu cầu về công suất không đáng kể và mức do điều chế tương hỗ giảm đi.

1.4.2. Đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA):
- Các đặc tính của TDMA
TDMA là một phương thức truy nhập trong thông tin vệ tinh dựa vào sự
phân chia thời gian sử dụng các bộ phát đáp trong vệ tinh giữa các trạm mặt đất, các
trạm mặt đất này có thể sử dụng trung một tần số sóng mang. Phương thức này cũng
hoàn toàn thích hợp cho các mạng viễn thông số ở dạng gói, hệ thống thông tin cáp
quang, truyền hình số và các hoạt động của mạng máy tính dùng chung một cơ sở
dữ liệu.
Các phương pháp TDMA là SCPT/TDMA (Single Carrier Per Transponder -
Một số sóng mang trên một phát đáp) và MCPC/TDMA (Multiple CPT – nhiều

sóng mang trên một bộ phát đáp). Tất nhiên trong phương pháp thứ hai sẽ có những
yếu tố làm suy giảm chất lượng hệ thống so với phương pháp thứ nhất.
Phương pháp đa truy nhập TDMA như đó nói ở trên, dựa trên việc phân chia
thời gian sử dụng bộ phát đáp thành các khoảng thời gian nhỏ, giữa các khoảng thời
gian này có các khoảng thời gian trống gọi là khoảng bảo vệ. Điều này hoàn toàn
tương tự như trong kỹ thuật FDMA chia toàn bộ băng tần thành các băng tần con và
giữa chúng cũng có các khoảng gión băng.
Khác với kỹ thuật FDMA, trong kỹ thuật TDMA, mỗi bộ phát đáp chỉ làm
việc với sóng mang tại một thời điểm dựa trên cơ sở việc truy nhập được thực hiện
đối với nhiều người sử dụng. Trong kỹ thuật này, trạm mặt đất được thiết kế sử
dụng một khe thời gian dành riêng cho nó để phát lưu lượng thông tin của mình
dưới dạng các bit số nằm trong một luồng bit số gọi là burst tín hiệu ( hình 1.3)
Thời gian bắt đầu phát của burst tín hiệu được thiết lập khi trạm điều khiển
trung tâm thu được burst tín hiệu đồng bộ. Khoảng thời gian mà mỗi trạm truy nhập
16

với bộ phát đáp vệ tinh được phân chia bởi trạm điều khiển sao cho phù hợp với nhu
cầu về dung lượng trạm (trạm nào có dung lượng lớn sẽ được chia khoảng thời gian
dài hơn) và thay đổi nhanh chúng cho phù hợp với nhu cầu đột xuất về dung lượng
từng trạm.

Bất kỳ trạm nào cũng có thể truy nhập tới toàn bộ các trạm khác trong hệ
thống để nối thông liên lạc giữa chúng. Đối với kỹ thuật FDMA, sự thay đổi độ
rộng băng tần đó ấn định cho mỗi trạm là rất tốn kém so với kỹ thuật TDMA. Sau
khi một trạm đó gửi xong burst thông tin của mình thì sẽ có một khoảng thời gian
trống tạo ra trước khi trạm tiếp theo gửi burst thông tin của mình. Khoảng thời gian
trống được thiết lập dựa trên khả năng nhận biết trước các thay đổi về trễ trong thiết
bị, khả năng thu đồng bộ và sự biến đổi trong dải công tác ra nhằm ngăn ngừa sự
giao thoa giữa các burst tín hiệu cho việc truyền dẫn đồng bộ.



A B C D E F time




Trạm
A
Trạm
B
Trạm
C
Trạm
D

Trạm
E
Trạm
F
Hình 1.3: Đa truy nhập phân chia theo thời gian.

17

TDMA có một nột nổi bật nhất là cho phép nhiều trạm mặt đất truy nhập tới
bộ phát đáp vệ tinh hơn kỹ thuật FDMA rất nhiều do việc sử dụng chung một sóng
mang của các trạm mặt đất nên tránh được nhiễu do điều biến tương hỗ trên các bộ
phát đáp của vệ tinh. Dung lượng bit của TDMA dường như độc lập với số lượng
trạm truy nhập, nhưng các thông tin cần thiết cho việc thiết lập đường liên lạc với
rất nhiều khoảng thời gian trống giữa các burst tín hiệu khi có quá nhiều trạm đó
làm giảm khả năng các thông tin cần thiết. Một ưu điểm nữa của kỹ thuật TDMA là
tại mỗi thời điểm chỉ có một sóng mang được tạo ra tại trạm mặt đất hoặc tại các bộ
phát đáp của vệ tinh nên các bộ khuếch đại công suất có thể làm việc ở các trạng
thái bão hoà mà không sợ điều chế tương hỗ. Bộ khuếch đại của vệ tinh có khả năng
khống chế công suất ra trong những trường hợp đặc biệt khi hoạt động ở chế độ
SCPT. Khi trên vệ tinh dùng đèn khuếch đại sóng chạy TWT trong trường hợp có
Fading tuyến lên và có sự thay đổi công suất giữa các burst tín hiệu thì không cần
phải điều chỉnh công suất ra của TWT vì nó làm việc ở chế độ quá tải không đáng
kể sẽ làm giảm biến thiên của đường kết nối lên nhưng đối với đường kết nối
xuống.
Trong kỹ thuật FDMA máy phát ở các trạm mặt đất làm việc liên tục, phát
liên tục các sóng mang lên vệ tinh, trong khi đó đối với kỹ thuật TDMA thì máy
phát ở các trạm mặt đất chỉ làm việc khi xung yêu cầu được phát ra và chế độ làm
việc là một sóng mang trên một bộ phát đáp. Chu kỳ làm việc của máy phát trạm
mặt đất là thấp, còn đối với vệ tinh, chu kỳ này biến thiên theo sự thay đổi tải của
bộ phát đáp, chu kỳ ngắn khi lưu lượng thông tin thấp, còn chu kỳ hoạt động gần

như liên tục nếu như bộ phát đáp đầy tải. Về vấn đề này cần phải nghiên cứu chế
độ làm việc cho máy phát theo chế độ hàng ngày hoặc theo định kỳ.
Trong một vài hệ thống TDMA thì một trạm sẽ lấp đầy các khe thời gian
không sử dụng bằng các bit giả ngẫu nhiên để giữ cho phổ giống như một dạng tạp
âm và giảm được nhiễu lên hệ thống thông tin khác nhau. Vì vậy sóng TDMA được
phát lên vệ tinh 24/24h một ngày. Trong chế độ làm việc SCPT thì máy phát trên vệ
tinh lúc đó làm việc ở chế độ bão hoà, lúc này công suất đỉnh hay công suất cực đại
18

của trạm mặt đất được đòi hỏi nhiều hơn. Chu kỳ hoạt động của bộ khuếch đại trên
vệ tinh như đó nói ở trên, lối ra công suất được đóng mở một cách ngẫu nhiên cần
được giải quyết khi thiết kế các bộ khuếch đại trên vệ tinh vì nó có ảnh hưởng lớn
đến việc cấp nguồn trên vệ tinh.
Kỹ thuật TDMA rất hạn chế về độ rộng băng tần của kênh thông tin, đặc
tuyến tần số của kênh không tuyến tính trong khi đó phải đảm bảo cho các kênh
PSK hoặc FSK tốc độ cao mà không được phép chồng lấn phổ lên các bộ phát đáp
lân cận. Nói chung giá thành các thiết bị rất cao.
Một hệ thống TDMA thường sử dụng toàn bộ bộ phát đáp theo kiểu một
sóng mang trên một bộ phát đáp nhưng nó vẫn có khả năng dùng chung một bộ phát
đáp với các hệ thống khác như FDMA, CDMA hay một hệ thống TDMA độc lập
khác. Khi làm việc theo phương pháp nhiều sóng mang trên một bộ phát đáp thì
phải giảm mức giữa kí tự mang thông tin và nhiễu giữa các bộ phát đáp kề nhau do
trải phổ.
Việc thay đổi công suất trong hệ thống TDMA bằng các xung sẽ ảnh hưởng
tới các tín hiệu tương tự trong hệ thống FDMA dùng chung bộ phát đáp. Khi thay
đổi công suất đường lên sẽ ảnh hưởng tới đường xuống.
- Một số đặc điểm cơ bản của TDMA
Công suất bộ phát đáp: Có thể làm việc ở trạng thái bão hoà, sử dụng hiệu
quả độ rộng băng tần, tăng tốc độ truyền tin bằng điều chế tốc độ cao. Bộ khuếch
đại có khả năng hạn chế và loại bỏ Fading tuyến lên, điều khiển công suất đường

lên không phức tạp.

1.4.3. Kỹ thuật CDMA:
Phương pháp này sử dụng một phổ tần số của bộ phát đáp, thông thường
bằng cách trải tín hiệu ra một dải rộng tần số mà về thực chất là rộng hơn băng tần
cần thiết cho nội dung thông tin. Sở dĩ có thể dùng chung một phổ tần số là vì mỗi
một trạm phát sử dụng một mã giả ngẫu nhiên riêng để thực hiện việc trải phổ tín
hiệu truyền đi của trạm. Mỗi trạm thu trong mạng lại có một mã nhiễu giả ngẫu