bài tập lớn hệ thống thông tin vệ tinh (HAI PHONG)

PHẦN 1.Giới thiệu tổng quát về hệ thống thông tin vệ tinh
1.Nguyên lý thông tin vệ tinh
-Một vệ tinh có khả năng thu phát sóng vô tuyến điện sau khi được phóng vào vũ trụ dùng cho
thông tin vệ tinh.Khi đó vệ tinh sẽ khuếch đại sóng vô tuyến điện nhận được từ các trạm mặt đất và
phát lại sóng vô tuyến điện đến các trạm mặt đất khác.Loại vệ tinh nhân tạo sử dụng cho thông tin
vệ tinh như thế gọi là thông tin vệ tinh
-Khi di chuyển từ các trạm mặt đất,sự di chuyển của vệ tinh theo quỹ đạo bay ngườ ta chia vệ tinh
làm 2 loại :
+Vệ tinh quỹ đạo thấp:là vệ tinh chuyển động liên tục so với mặt đất,thời gian cần thiết cho vệ tinh
chuyển động xung quanh quỹ đạo khác với chu kỳ quay của quả đất (loại này dùng vào việc nghiên
cứu khoa học,quân sự …)
+Vệ tinh địa tĩnh :là vệ tinh được phóng lên quỹ đạo tròn ở độ cao khoảng 36000 km so với đường
kính xích đạo.vệ tinh này bay xung quanh trái đất 1 vòng mất 24h.Do thời gian bay của vệ tinh bằng
thời gian quay của trái đất và cùng hướng (hướng đông),do đó vệ tinh dường như đứng yên khi
quan sát từ trái đất gọi là vệ tinh địa tĩnh
-Nếu dùng 3 vệ tinh địa tĩnh được đặt cách đều nhau trên xích đạo thì có thể thiết lập được thông tin
hầu hết các vùng trên qủa đất bằng cách chuyển tiếp qua 1 hoặc 2 vệ tinh. Điều này cho phép chúng
ta xây dựng 1 mạng thông tin trên toàn thế giới
-Cấu hình tổng quát của 1 hệ thống thông tin vệ tinh bao gồm :
+Một vệ tinh địa tĩnh (trên quỹ đạo)
+Các trạm mặt đất,các trạm này có thể truy cập đến vệ tinh
+Đường hướng từ trạm mặt đất phát đến vệ tinh gọi là đường lên, đường vệ tinh đến trạm mặt đất
gọi là đường xuống
1
2. Đặc điểm của thông tin vệ tinh
-Chúng ta có thể phân loại các loại thông tin như sau:
+Thông tin hữu tuyến điện như:cáp đồng trục,cáp quang…
+Thông tin vô tuyến điện sử dụng sóng vô tuyến điện nối liền nhiều nơi trên thế giới vượt qua thời
gian và không gian:thông tin sóng ngắn,viba,vệ tinh…
-Ưu điểm của thông tin vệ tinh:
+Có khả năng đa truy nhập

+Vùng phủ sóng rộng
+Ổn định cao,chất lượng và khả năng về thông băng rộng
+Có thể ứng dụng tốt cho thông tin di động
+Hiệu quả kinh tế cao cho thông tin đường dài,xuyên lục địa
-Sóng vô tuyến điện phát đi từ 1 vệ tinh trên quỹ đạo địa tĩnh có thể bao phủ 1/3 toàn bộ bề mặt trái
đất.Bởi vậy các trạm mặt đất thuộc vùng đó có thể liên lạc với bất kỳ 1 trạm mặt đất nào thuộc vùng
phủ sóng thông qua vệ tinh thông tin
-Kỹ thuật sử dụng 1 vệ tinh chung cho nhiều trạm mặt đất và việc tăng hiệu quả sử dụng của nó tới
cực đại gọi là đa truy nhập(đa truy nhập là phương pháp dùng 1 bộ phát đáp trên vệ tinh chung cho
nhiều trạm mặt đất)
-Yêu cầu đối với đa truy nhập là khong để nhiễu giữa các trạm mặt đất.Vì vậy phải phân chia tần
số,thời gian không gian của sóng vô tuyến điện để truyền tin ,phải phân phối tần số,các khe thời
gian 1 cách thích hợp cho từng trạm mặt đất
-Đa truy nhâp có thể phân chia thành 3 loại sau(theo quan điểm ghép sóng mang)
+FDMA:Frequency Division Multiple Access
+TDMA:Time Division Multiple Access
+CDMA:Code Division Multiple Access
-Nhược điểm của thông tin vệ tinh:
+Với tổng chiều dài ở đường lên và đường xuống là trên 70000km thì thời gian truyền trễ là đáng
kể
1
4
S≈ ∗
mặc dù tốc độ truyền sóng rất cao 300000km/s
+Sóng vô tuyến điện bị suy hao và hấp thụ ở tầng điện ly và khí quyển đặc biệt trong mưa. Để khắc
phục người ta thường chọn khoảng tần số bị suy hao nhỏ nhất(từ 1
÷
10)Ghz gọi là khoảng cửa sổ
tần số :băng C
PHẦN 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

1. Đặc điểm khí hậu Việt Nam
Nước ta nằm hoàn toàn trong vành đai nhiệt đới của nửa cầu Bắc, thiên về chí tuyến hơn là
thiên về xích đạo. Ngoài ra lãnh thổ Việt Nam lại có hình dạng khá đặc biệt, bờ biển từ Bắc xuống
2
Nam uốn khúc theo hình chữ S kéo dài trên 15 vĩ độ. Do vậy về cơ bản nước ta nhận được một
lượng nhiệt của mặt trời rất lớn, nhiệt độ trung bình năm của cả miền Bắc và miền Nam đều từ 21
độ trở lên. Tuy nhiên do sự tác động mạnh mẽ của gió mùa, đặc biệt là gió mùa đông bắc nên nhiệt
độ trung bình của nước ta thấp hơn nhiệt độ trung bình của nhiều nước khác nằm trong cùng vĩ độ.
Mặt khác, do ảnh hưởng của gió mùa nên khí hậu nước ta có sự khác nhau rõ rệt giữa miền Bắc và
miền Nam về độ ẩm không khí, sương mù và cường độ cơn mưa…đó là những yếu tố ảnh hưởng
lớn đến suy hao đường truyền trong tuyến thông tin vệ tinh, đặc biệt là yếu tố về cường độ mưa.
Theo bản đồ vũ lượng quốc tế về phân bố mưa đưa ra trong thông báo rep 563-4 của CCIR,
cho thấy Việt Nam ở vùng phân bố mưa N có các giá trị như sau:
t% 1.0 0.3 0.1 0.03 0.01 0.003 0.001
R(mm/h) 5 15 35 65 95 140 180
Bảng 1: Số liệu quốc tế về mưa ở Việt Nam
Dòng 1 bảng 3-1 là phần trăm thời gian của năm trung bình có cường độ mưa vượt quá giá trị
cường độ mưa tương ứng ở dòng 2
Nhưng thực tế lượng mưa phân bố ở Việt Nam là rất lớn, hơn nưa sự phân bố này là khác
nhau giữa khu vực miền Bắc và miền Nam. Do đó việc khảo sát điều kiện khí hậu thực tế ở Việt
Nam để chọn vị trí đặt trạm LES và tính toán suy hao đường truyền tuyến thông tin vệ tinh là cần
thiết. Trên cơ sở đó tính toán thiết kế tầng khuếch đại công suất phù hợp, tiết kiệm được chi phí
nhưng vẫn bảo đảm được độ tin cậy của kênh thông tin.
Xét về các điều kiện kinh tế và kỹ thuật, trạm LES củaViệt Nam có thể đặt ở miền Bắc hoặc
miền Nam
2. Đặc điểm khí hậu của miền Bắc (khu vực Hải Phòng)
Nét đặc trưng của khí hậu khu vực Hải Phòng nói riêng và khu vực miền Bắc nói chung là
mùa đông lạnh, nhiệt độ xuống thấp, thường có những đợt gió mùa đông bắc tràn về, cho nên mùa
này thường lạnh, khô, lượng mưa không đáng kể, độ ẩm trung bình kèm theo những đợt sương mù
dày đặc.

Sang mùa hạ, gió từ biển đông thổi vào mang đến một lượng mưa phong phú và độ ẩm tương
đối cao.
Tuy nhiên do tính chất của gió mùa phức tạp và không ổn định cho nên trong mùa hè xuất
hiện nhiều hiện tượng như áp thấp nhiệt đới, có những đợt áp thấp kéo dài kéo theo cường độ mưa
lớn, gió mạnh
Theo số liệu đo được từ các báo cáo đề tài khoa học của viện Khoa học kỹ thuật bưu điện, đo
cường độ mưa bằng thiết bị có độ phân giải 1 phút, ta có kết quả thống kê về cường độ mưa khu
vực Hà Nội nói riêng và khu vực miền Bắc nói chung trong 3 năm 1989, 1990, 1991 như sau:
t% 1.0 0.2 0.1 0.02 0.01 0.002 0.001
1989 2.0 12 26 86 124 220 260
1990 3.7 35 56 158 170 265 260
1991 1.2 14 42 95 116 167 176
Trung
bình
2.3 20.3 41.3 113 137 217 237.7
Bảng 2: Cường độ mưa thực tế khu vực miền Bắc (mm/h)
Bảng liệt kê số liệu cường độ cơn mưa mm/h ta nhận thấy, đặc điểm khí hậu của khu vực Hải
Phòng tương đối phức tạp, luôn thay đổi theo mưa, cường độ mưa trung bình lớn hơn số liệu quốc
tế phân bố mưa vùng N.
3. Lựa chọn vùng vệ tinh trên cơ sở suy hao đường truyền
Việt Nam là một nước nằm trên con đường giao thông quốc tế từ Ấn Độ Dương lên Bắc Thái
Bình Dương, nằm trong vùng bao phủ của hai vệ tinh IOR và POR. Trong điều kiện nền kinh tế
nước ta còn nghèo, ngành công nghiệp hàng hải chưa mạnh, không thể cùng lúc xây dựng cả hai
trạm LES cho hai vùng vệ tinh được. Do đó việc lựa chọn vùng vệ tinh cho việc xây dựng trạm LES
tại Việt Nam phải căn cứ vào các yếu tố kinh tế, kỹ thuật sao cho chi phí cho việc xây dựng trạm
phải rẻ tiền, hiệu quả và thu hút được nhiều thuê bao sau này.
3
Do khoảng cách giữa một trạm mặt đất với một vệ tinh là rất lớn cho nên trong quá trình
truyền sóng, vấn đề suy hao đường truyền là một trong những vấn đề quan trọng nhất. Do đó khi
thiết kế đường truyền vệ tinh người ta phải chú ý đến các loại suy hao này, bao gồm:

- Suy hao do truyền sóng trong không gian tự do
Khi sóng vô tuyến điện truyền trong không gian tự do, tỷ số công suất phát trên công suất thu tại
điểm cách nơi phát một khoảng R(m) được gọi là suy hao không gian tự do, được tính theo cộng
thức sau:
2
4 R
π
γ
λ
 
=
 ÷
 
(1)
Trong đó
λ
là bước sóng của sóng vô tuyến điện
Từ (1) ta thấy rằng suy hao không gian tự do
γ
tỷ lệ với bình phương khoảng cách truyền lan sóng.
Do đó suy hao không gian tự do sẽ giảm đáng kể khi được cự ly truyền sóng
- Suy hao do sự uốn cong của tia sóng
Ta thấy tia sóng vô tuyến điện giữa một trạm mặt đất và một vệ tinh về mặt lý thuyết là một đường
thẳng, song thực tế nó bị uốn cong do sự thay đổi chiều cao tầng khúc xạ. Sự uốn cong của tia sóng
được đánh giá bằng góc uốn và nó phụ thuộc vào góc ngẩng của anten trạm mặt đất, góc ngẩng
càng lớn thì góc uốn cong tia sóng càng giảm. Đồ thị dưới đây mô tả sóng vô tuyến bị uốn cong khi
đi qua tầng khí quyển:
Hình 1: Sóng VTĐ bị uốn cong khi đi qua tầng khí quyển
Ns là tính khúc xạ tạị bề mặt trái đất.
Ns = 315 là giá trị của tầng khí quyển chuẩn.

- Suy hao do tia sóng bị phân kỳ
Do chiều cao khúc xạ của tầng khí quyển biến thiên theo thời gian và hoạt động như một gương lõm
cho các tia sóng vô tuyến truyền qua, chúng sẽ bị suy hao do phân kỳ.
Suy hao do tán xạ của tầng khí quyển theo góc ngẩng anten biểu diễn bằng đồ thị sau:
4
Hình 2: Suy hao do tán xạ của tầng khí quyển
- Suy hao do khuếch tán:
Tính khúc xạ biến thiên do tầng đối lưu gây ra làm cho sóng vô tuyến điện bị phát đi các hướng
khác nhau, kết quả tín hiệu thu bị suy hao. Suy hao do hỗn loạn của tầng khí quyển được gọi là suy
hao khuếch tán. Sự suy hao này phụ thuộc vào góc ngẩng anten. Góc ngẩng antencàng lớn, suy hao
càng nhỏ và biểu thị dưới hình 3-3.
Thực nghiệm cho thấy giá trị suy hao do tính chất tán xạ và khuếch tán của tầng khí quyển đối
với các tia sóng, phụ thuộc vào góc ngẩng anten. Do vậy nếu góc ngẩng anten càng lớn thì suy hao
càng nhỏ dẫn đến công suất phát giảm, tín hiệu thu được lớn hơn.
Ngoài các loại suy hao kể trên, tuyến thông tin vệ tinh còn chịu ảnh hưởng của nhiều loại suy
hao khác nữa, như suy hao do mưa, sương mù…nhưng các loại suy hao này không phụ thuộc nhiều
vào việc lựa chọn vùng vệ tinh.
5
Hình 3: Suy hao phụ thuộc vào góc ngẩng anten
Da là đường kính anten
Từ những lý do trên ta nhậnt hấy nếu chọn vùng vệ tinh thích hợp ta sẽ rút ngắn được cự ly
truyền, giảm nhỏ được một số loại suy hao do đó sẽ tiết kiệm được công suất phát. Quan sát vào
khu vực phủ sóng của vệ tinh INMARSAT (hình 1-1) ta thấy vùng biển các nước Đông Nam Á nằm
trong hai vùng phủ sóng của vệ tính Ấn Độ Dương và Thái Bình Dương song Việt Nam gần với vệ
tinh Ấn Độ Dương hơn. Do vậy khi thiết lập đường thông tin liên lạc chọn vùng Ấn Độ Dương sẽ
rút ngắn được đường truyền.
Vệ tinh Ấn Độ Dương IOR bao phủ toàn bộ vùng biển Ấn Độ Dương, một phần Thái Bình
Dương và đặc biệt nó bao phủ toàn bộ các vùng biển của hai trung tâm kinh tế quan trọng, phát
triển và năng động nhất thế giới đó là vùng biển của các nước Đông nam Châu Á và vùng biển của
các nước thuộc khối EU. Nằm trong vùng bao phủ của vệ tinh này, có những tuyến hàng hải quan

trọng trên thế giới, với mật độ tàu bè qua lại dày đặc:
- Từ cảng Singapore là một trung tâm trung chuyển và cung ứng lớn nhất thế giới có các
tuyến hàng quan trọng đi Hồng Kông, Nam triều tiên, Nhật Bản, đi các nước Châu Âu, các
nước Nam Á và ĐỘng Nam Châu Á,…
- Vùng biển Địa Trung Hải, biển Ban tích và kênh đào Sue là những vùng biển có mật độ tàu
bè dày đặc phục vụ việc trao đổi buôn bán và thương mại giữa các nước trong khối EU, giữa
các nước Châu Âu và Châu Á,…
- Các vùng biển Nam Phi, Đông Phi và Tây Phi phục vụ việc trao đổi hàng hoá và buôn bán
trong châu lục và giữa châu lục với các nước khác trên thế giới
So sánh với các vùng biển nằm trong vùng bao phủ của vệ tinh POR ta thấy trạm LES của vệ
tinh IOR sẽ có khả năng thu hút thuê bao lớn hơn rất nhiều so với vệ tinh POR
Qua phân tích các cơ sở kinh tế kỹ thuật để lựa chọn vùng vệt inh cho một trạm LES tại Việt Nam,
ta thấy chọn vùng vệ tinh IOR là tối ưu hơn cả.
4. Cơ sở chọn vị trí đặt trạm LES tại Hải Phòng
4.1 Cơ sở chung
a. Điều kiện địa lý
Đây là một trong những yếu tố quan trọng nhất luôn được quan tâm trong suốt quá trình lựa
chọn vị trí.
- Vị trí đặt trạm thường được xác định sao cho góc ngẩng anten trên khu vực mặt nghiêng
chân trời có thể quan sát được tối đa cung địa tĩnh
Sự xác định này đảm bảo cho phép thông tin liên lạc với bất kỳ vệ tinh nào được xác định
trong phạm vi quan sát của cung địa tĩnh.
6
Vị trí đặt trạm thường được xác định sao cho khoảng cách giữa trạm mặt đất với trung tâm
chuyển mạch là tối thiểu. Do đó sẽ giảm được một số bộ chuyển tiếp sóng viba mặt đất và độ dài
cáp đồng trục. Điều này sẽ giảm cước phí đường truyền
- Vị trí đặt trạm thường được xác định một cách hợp lý gần với trung tâm kinh tế để thu hút
thuê bao nhằm mục đích giảm cước phí và tối thiểu yêu cầu vận chuyển
b. Yếu tố địa chấn
Mặt đất phải có khả năng chịu tải đối với việc xây dựng và lắp đặt anten trạm mặt đất. Điều

này đặc biệt quan trọng đối với cấu trúc anten nặng và lớn. Do đó vị trí đặt trạm lý tưởng phải vững
chắc, mặt đất ổn định.
Sự trắc địa sơ bộ của vùng dành riêng cho vị trí đặt trạm sẽ bao gồm những vị trí để khoan thăm dò,
từ những vị tríkhoan đó người ta phân tích tững loại đất, đá nằm bên dưới tại các vị trí có độ sâu
khác nhau. Từ đó người ta xác định được lượng sunfat trong đất và mạch nước ngầm bên dưới để
xem xét sự ăn mòn của sunfat đối với bất kỳ cơ sở hạ tầng nào được xây dựng cũng như độ lún của
nền đất.
c. Nhân tố nhiễu
Nhiễu có thể sinh ra từ những tuyến thông tin liên lạc khác nhau, như Radar hoặc nhiễu từ
trạm mặt đất với các dịch vụ thông tin khác, đặc biệt là thiết lập sóng viba mặt đất hoạt động trong
cùng dải tần.
Để giảm tối thiểu khả năng nhiễu RF tới trạm LES thì đường dẫn nên được xem xét như sau:
- Mục tiêu đầu tiên phải tối thiểu hoá khả năng nhiễu RF thông qua việc lựa chọn khu vực địa
lý, tự nhiên thích hợp.
- Nhiễu tạp âm của sóng viba từ đường cao thế có thẻ là không đáng kể vì mức của nó rất
thấp, trừ trường hợp nơi mà điện áp cao thế có điẹn áp từ vài trăm KV trở lên.
Do vậy để phòng ngừa tạp âm nhiêu từ viba, trạm mặt đất nên xây dựng cách xa đường cao thế
khoảng vài trăm mét.
- Sự hoạt động của các tuyến hàng không trong vùng lân cân của trạm LES có thể sinh ra
nhiễu thông qua hoặc là một phần của búp sóng anten hoặc là từ Radar phát xạ tác động lên
máy bay và sau đó phản xạ lại anten trạm mặt đất. Do vậy vị trí đặt anten phải tránh đường
giao thoa của các đường truyền vệ tinh với đường hạ cánh của máy bay.
d. Nhân tố môi trường
Để đảm bảo thiết kế trạm mặt đất thích hợp nhất thì điều kiện khí hậu có ảnh hưởng rất lớn
như: tốc độ gió, áp thấp nhiệt đới, bão, lốc ảnh hưởng rất lớn tới kết cấu của anten trạm mặt đất.
Ngoài ra lượng mưa, cường độ mưa và độ ẩm ảnh hưởng rất lớn tới suy hao đường truyền, những
ảnh hưởng này sẽ liên quan đến giá thành lắp đặt trạm LES
e. Trắc địa vị trí
Mỗi vị trí phải được khảo sát chi tiết thông qua khu vực trắc địa để sao cho vị trí đặt trạm có
cơ sở hạ tầng thuận lợi, không ảnh hưởng đến điều kiện đường truyền và tuyến đường truyền vệ

tinh, và đảm bảo để góc ngẩng và góc phương vị của anten không bị che khuất so với đường chân
trời một góc >5 độ
4.2 Lựa chọn vị trí đặt trạm LES tại Hải Phòng
Như ta đã biết mưa và độ ẩm không khí ảnh hưởng rất lớn tới suy hao đường truyền. Do vậy
vị trí đặt trạm LES phải lựa chọn sao cho những ảnh hưởng của mây, mưa, bão gió là ít nhất. Góc
ngẩng anten lớn nhất và cự ly truyền là nhỏ nhất.
Mặt khác thời tiết của khu vực Hải Phòng biến đổi rất phức tạp, hàng năm khu vực này bị ảnh
hưởng rất lớn của các đợt gió mùa Đông Bắc và các cơn áp thấp nhiệt đới và bão, lốc vàp mùa hè
gây lên có cường độ rất lớn ảnh hưởng đáng kể đến độ tin cậy của tuyến thông tin vệ tinh
5. Tính toán suy hao đường truyền trên tuyến thông tin vệ tinh
Việc tính toán suy hao đường truyền trên tuyến thông tin vệ tinh INMARSAT-C sẽ giúp cho
việc xác định chính xác các thông số kỹ thuật của trạm LES của Việt Nam
5.1 Những vấn đề liên quan đến suy hao đường truyền
7
Một tuyến thông tin vệ tinh bao gồm đường truyền sóng từ anten của trạm phát đến vệ tinh
(tuyến lên) và từ vệ tinh đến anten thu của trạm mặt đất (tuyến xuống)
Với vệ tinh địa tĩnh bay ở độ cao 35788km, cự ly thông tin từ một trạm LES đến vệ tinh cho
một tuyến lên hay tuyến xuống gần nhất là 35788km. Khi anten chiếu thẳng vào vệ tinh với góc
ngẩng cực đại bẳng
0
90
, xa nhất là 41679km khi góc ngẩng của anten hướng vào vệ tinh gần như
theo phương nằm ngang với góc ngẩng nhỏ nhất cho phép là
0
5
.
Do cự ly truyền sóng trong thông tin vệ tinh lớn như vậy nên suy hao lớn nhất trong tuyến là
suy hao không gian tự do. Do sóng khi bức xạ từ anten phát sẽ phát đi theo mọi hướng khi dùng
anten vô hướng với giả thiết môi trường là chân không toàn bộ, từ (3-1) ta biến đổi và có suy hao
không gian tự do được tính bằng:

( ) ( ) ( )
20lg 20lg 92.45
td
L S km f GHz dB= +
Trong đó:
td
L
suy hao trong không gian tự do (dB)
S là chiều dài tuyến lên hay tuyến xuống (km)
f là tần số công tác
Ngoài suy hao chính là suy hao không gian tự do còn có các loại suy hao khác tuy không lớn
nhưng nếu khi tính toán tuyến thông tin vệ tinh mà chúng ta không xét hết khả năng xấu nhất do
ảnh hưởng của môi trường truyền sóng thì khi xảy ra các hiện tượng đó thì chất lượng thông tin sẽ
xấu đi. Các loại suy hao đó gồm:
- Suy hao do các chất khí có trong tầng đối lưu. Tầng đối lưu là lớp khí quyển nằm sát mặt đất
(cách 10km) gồm các chất khí như
2
H O
,
2
O
,
3
O
,
2
CO
. Các chất này sẽ hấp thụ sóng và gây
ra suy hao. Suy hao này phụ thuộc vào tần số và góc ngẩng của anten. Anten có góc ngẩng
càng lớn thì suy hao tầng đối lưu càng nhỏ.

- Suy hao do tầng điện ly. tầng điện ly là lớp khí quyển nằm ở độ cao 60-500km, do bị ion
hoá mạnh nên lớp khí quyển ở độ cao này bao gồm chủ yếu là các điện tử tự do gồm các ion
âm và dương nên gọi là tầng điện ly. Sự hấp thụ sóng trong tầng điện ly giảm khi tần số
tăng. Ở tần số từ 0.6-6GHz hấp thụ trong tầng đối lưu là rất nhỏ.
- Suy hao trong các điều kiện thời tiết xảy ra trong tầng đối lưu như mây, mưa, tuyết, sương
mù. Suy hao này phụ thuộc vào nhiều yếu tố như cường độ mưa hay sương mù, vào tần số,
vào chiều dài quãng đường đi của sóng trong mưa, chiều dài này phụ thuộc vào góc ngẩng
anten.
Sự phụ thuộc suy hao sóng do các chất khí, mưa và sương mù trong tầng đối lưu vào góc ngẩng
của anten băng C (6/4GHz) được biểu diễn trên hình 3-4
8
Hình 4: Suy hao sóng do các chất khí, mưa và sương mù
Khi góc ngẩng của anten tăng, suy hao nói chung sẽ giảm
Suy hao trong các chất khí rất nhỏ, có thể bỏ qua
Suy hao thực tế phụ thuộc vào góc ngẩng anten, độ cao anten so với mực nước biển, chiều cao
cơn mưa và sương mù mà đoạn đường đi thực tếcủa sóng qua vùng đó là khác nhau. Từ đó, suy
hao tổng trên toàn bộ chiều dài đoạn đường đi sẽ được tính theo công thức sau:
( )
e
A YL dB=
Trong đó: Y là suy hao do mưa trên đoạn đường 1km (dB/km), phụ thuộc vào tần số, môi
trường gây suy hao như cường độ mưa hay độ dày của sương mù.

e
L
là chiều dài thực tế sóng đi qua vùng gây suy hao (km), phụ thuộc vào góc ngẩng
anten, độ cao đặt anten, được tính như sau:
( ) ( )
/ sin
e m s

L h h E km
=
−

m
h
là độ cao cơn mưa (km), được tính bằng:
( )
0 0
3 0.028 0 36
m
h
ϕ ϕ
= + < <

s
h
là độ cao anten trạm mặt đất so với mực nước biển (km)
E là góc ngẩng anten(độ)
PHẦN 3: TÍNH TOÁN CHI TIẾT
1. Tính toán suy hao đường truyền trên tuyến thông tin vệ tinh của một trạm LES
đặt tại Tp Hải Phòng
Một trạm LES đặt tại Tp Hải Phòng có vĩ độ
0
20,8 N
ϕ
=
và kinh độ
0
106,5 E

λ
=
thông tin với
vệ tinh địa tĩnh INMASAT IOR có kinh độ
0
64,5 E
. Xác định suy hao ở tuyến lên khi công tác ở
băng C với tần số tuyến lên là 6 Ghz, ta phải đi tính các loại suy hao sau:
a. Suy hao không gian tự do
• Để tính được suy hao không gian tự do ta phải tính được chiều dài tuyến lên S:


LES
e
R
s

0
β
E
Tâm trái đất Vệ tinh
r

Từ hình vẽ ta có :
( ) ( )
2 2 1/ 2
0
( 2* * * os ) 1
e e
S r R r R c Km

β
= + −
Trong đó: r = 42166Km(bán kính quỹ đạo vệ tinh)

e
R
= 6378Km(bán kính trái đất)

0
β
là góc ở tâm chắn cung từ điểm trạm mặt đất đến điểm vệ tinh
chiếu lên mặt đất (độ).Mà
( )
0
os os *cos 2c c
β ϕ λ
= ∆

9

ϕ
là vĩ độ trạm mặt đất =
0
20,8 N

λ
∆
là hiệu của kinh độ vệ tinh với kinh độ mặt đất và được tính bằng:
0 0 0
106,5 64,5 42 E

λ
∆ = − =
Vậy
0 0
0
os os20,8 * os42 0,695c c c
β
= =
Thay vào công thức (1) ta có :
2 2 1/ 2
(42166 6378 2*42166*6378*0,695) 38011S = + − =
(Km)
Vậy suy hao không gian tự do sẽ là:
20lg38011 20lg6 92,45 91,60 15,56 92,45 199,61( )
td
L dB= + + = + + =
• Tính góc ngẩng E:
Ta có
0
0
( os / )
0,695 6378 / 42166
0,756
sin 0,719
e
c R r
tgE
β
β
−

−
= = =
Vậy
0
37E ≈

b. Suy hao trong tầng đối lưu
Suy hao trong tầng đối lưu ở tần số 6 Ghz cho đoạn đường tuyến sóng đi qua là 1Km tính
tại mực nước biển, ta có :
- Suy hao chất khí :
0,01 /
k
Y dB Km=
- Độ dài sóng truyền trong tầng đối lưu, ở khu vực có nhiệt độ cao, tầng đối lưu là 10Km
tính từ mực nước biển, với độ cao anten chọn là 13m, góc ngẩng
0
37
Từ đó ta có đoạn đường sóng đi trong tầng đối lưu là:

( )
0
(10 0.013)
16.59( ) 3
sin 37
dl
L Km
−
= =
Vậy suy hao trong các chất khí tầng đối lưu là: 16,59 * 0,01 = 0,166 (dB)
Suy hao trong sương mù với độ dầy 0,1 g/

3
m
có thể bỏ qua.
c. Suy hao trong mưa
Suy hao trong mưa là một trong những suy hao ảnh hưởng lớn đến tuyến thông tin vệ
tinh, để tính suy hao trong mưa một cách chính xác ta phải tính qua các bước sau:
10

Vùng mưa ở thể băng
`
r
h
Chiều cao vùng mưa

m
L
Vùng mưa thường
r s
h h−

s
h
θ
g
L
• Tính độ cao ảnh hưởng của mưa
r
h
Vị trí đặt trạm có :
0 0

20,8 36N
ϕ
= <
Nên
( ) ( )
3,0 0,028* 3,0 0,028*20,8 3,6 4
r
h Km
ϕ
= + = + =
Vì E >
0
5
nên đường truyền trong cơn mưa là:

( ) ( )
0
( ) / sin (3,6 0,013) / sin 37 5,96 5
m r a
L h h E Km= − = − =
Trong đó :
m
L
là độ dài đường truyền trong mưa

a
h
là độ cao của anten so với mặt nước biển, chọn
13
a

h m=
• Tính chiều dài vùng mưa trên mặt đất
g
L
Dựa vào hình trên ta có :

0
* os37
g m
L L c=
Thay số ta được
( )
4,760
g
L Km=
• Tính hệ số qui đổi
0,01
r
cho 0,01% thời gian trung bình năm
( )
0,01 g 0,01
1/[ 1+L /35*exp(-0,015*R )] 6r =
0,01
R
là cường độ mưa cho 0.01% thời gian trung bình năm.
Theo bảng1,
0,01
R
=137mm/h với khu vực TP. Hồ Chí Minh. Nên
0,01

0,485r =

• Tính hệ số suy hao tuyến xiên
Tra bảng 1 rep 721-3 CCIR ở tần số 6Ghz ta có :

0,00258
h
k =

0,00235
v
k =

1,335
h
α
=

1,313
v
α
=
Hệ số suy hao mưa cho 1Km tuyến lên được tính bằng công thức:
11

( ) ( )
1 0,01
*( ) 7
r km
Y k R Km

α
=
Bước sóng
1000 1000
Trời trong Sương mù
3
0,1 /g m


2
H O
100
100 150 mm/h
2
O
2
CO
25mm/h
10 10
1 1
2
H O
0,25mm/h
0,1 0,1
0,01 0,01
0 6 10
2
10

3

10
4
10
5
10

6
10
Ghz
Suy hao do mưa
Trong đó:
1r km
Y
hệ số suy hao mưa cho 1Km.
Áp dụng công thức tính cho phân cực tròn ở tần số như sau:
2
h
[k ( )* os ]/2
v h v
k k k k c E= + + −
Thay số và tính được : k=0,002538
Tương tự với hệ số α tính như sau:
2
h
[k * * ( * * )* os ]/2k
h v v h h v v
k k k c E
α α α α α
= + + −
Thay số vào ta được: α = 1,1331

• Tính hệ số suy hao mưa đặc trưng cho 1 km theo số liệu về cường độ mưa ở Tp Hải
Phòng (bảng 2) như sau
Thay số vào biểu thức (7) ta được:
( )
1,331
1 0,01
*( ) 0,002538*(137) 1,7720 /
e km
Y k R dB Km
α
= = =
12
Do đó suy hao mưa tuyến lên là:

( ) ( )
1 0,01
* * 8
m r km m
Y Y L r dB=
Trong đó :
m
Y
suy hao do mưa của tuyến lên (dB)
Thay số vào (8) ta có
( )
1,7720*5,96*0,485 5,122
m
Y dB= =
Vậy suy hao do mưa của tuyến lên là: 5,122(dB)
⇒

Tổng suy hao toàn tuyến lên của trạm LES đặt tại Hải Phòng
( ) ( )
199,61 0,166 5,122 204,89816 9
up
Y dB= + + =
Bằng cách tính tương tự , ta có suy hao tuyến xuống ở băng L cho một đài SES tại biên của vùng
phủ sóng của vệ tinh trong thông tin vệ tinh LES - vệ tinh - SES của trạm LES Hải Phòng là:
( ) ( )
own
189,13 10
d
Y dB=
Kết luận: Qua tính toán suy hao đường truyền trên tuyến thông tin tại 2 vị trí đặt đài LES ta nhận
thấy một điều rõ ràng này là có suy hao đường truyền tương đối lớn do những điều kiện không
thuận lợi về khí hậu
2. Tính công suất phát của một trạm LES đặt tại Việt Nam
Để thiết kế đường truyền cho thông tin vệ tinh, người ta phải tính công suất bức xạ đẳng hướng
hiệu dụng EIRP sao cho phải phát đủ công suất trong các kiện xấu nhất để đảm báo chỉ tiêu chất
lượng tín hiệu nhưng không được làm quá tải đầu vào của bộ phát đáp trên vệ tinh cũng như không
làm nhiễu sang sóng khác. Giá trị EIRP này phụ thuộc rất nhiều vào môi trường truyền dẫn, tức là
phụ thuộc vào các suy hao của tuyến thông tin vệ tinh. Việc tính toán các công suất phát của trạm
LES một cách khoa học và chính xác sẽ nâng cao độ tin cậy của tuyến thông tin vệ tinh trong mọi
điều kiện thời tiết, giảm được giá thành thiết bị và các phí khác trong quá trình khai thác bảo quản
trạm
2.1 Các loại suy hao khác ảnh hưởng đến tuyến thông tin vệ tinh
Trong thông tin vệ tinh ngoài các loại mã suy hao xét ở trên, còn một số loại suy hao khác cũng
ảnh hưởng đáng kể tới thoông tin vệ tinh, bao gồm:
•
Suy hao do Phiđơ thu, phát
,

FTx RTx
L l
- Suy hao do phiđơ giữa máy phát và anten
FTx
L
: là sự suy hao tạo nên bởi các phiđơ dẫn
song và các đầu nối.
Để xem anten có công suất là
ATx
P
thì tại đầu ra của bộ khuếch đại phát, phải có công suất
Tx
P
có độ
lớn như sau:
.
*
Tx ATx FTx
P P L=
( ) ( ) ( )
A FTx
dB =P dB +L dB
Tx
P
Từ đây có thể tính công suất bức xạ đẳng hướng hiệu dụng EIRP là
( ) ( )
* ( * )/ w 11
ATx A Tx A FTx
P G P G L=
- Suy hao do phiđơ giữa máy thu và anten

RTx
L
: là suy hao tạo nên bởi các phiđơ dẫn sóng và các đầu nối.
Nếu gọi
Rx
P
là công suất tại đầu vào của máy thu,
ARx
P
là công suất của tín hiệu của ăngten thu, thì
Rx
P
có độ lớn như sau :
ARx
/
Rx RTx
P P L=
.
•
Suy hao do ăngten thu phát lệch nhau.
Khi anten thu và phát lệch nhau thì sẽ tạo ra suy hao, vì búp chính của anten thu không đúng
hướng với chùm tia phát xạ của anten phát. Ta biểu diễn hai loại suy hao đó như sau
( )
( )
2
T 3
2
R 3
dB =12*( / )
dB =12*( / )

T dB
R dB
L
L
α θ
α θ
Trong đó :
T
α
là độ lệch hướng của anten phát
13

R
α
là độ lệch hướng của anten thu.

3dB
θ
là độ rộng búp sóng anten tính ở mức 3dB.
•
Suy hao do thu không đúng phân cực.
Loại suy hao này cũng không thể bỏ qua khi anten thu không đúng hướng phát cùng với
phân cực sóng mang thu. Đối với sóng điện từ phát đi được phân cực tròn thì chỉ trên trục bức xạ
của anten phát mới có phân cực tròn, ngoài trục bức xạ phân cực bị biến dạng thành elíp, ngoài ra
khi truyền trong môi trường phân cực bị biến đổi do mưa.
Nếu goi góc
γ
là góc giữa hai mặt sóng thì suy hao do lệch phân cực được biểu diễn như sau:
20*lg( os )
POL

L c
γ
=
Thực tế thì thường lấy:
3
POL
L dB=
đối với phân cực tròn.
2.2 Tính công suất phát của trạm LES đặt tại Hải Phòng
Xét trạm LES đặt tại Tp Hải Phòng ( toạ độ
0 0
20,8 ,106,5N E
) thông tin với vệ tinh địa tĩnh
INMASAT- IOR ( kinh độ
0
64,5 E
). Từ (9), (10) ta có các thông số sau:
- Suy hao đường truyền tuyến lên:
( )
204,83
up
Y dB=
- Suy hao đường truyền tuyến xuống đài SES:
( )
own
189,13
d
Y dB=
- Hiệu suất của ăngten trạm LES,
0,6

η
=
(do hãng sản suất cung cấp)
- Đường truyền vệ tinh hệ thống INMARSAT C có luồng thông tin số tốc độ là 1200bit/s.
- Suy hao ống dẫn sóng:
( )
1
FTx RTx
L L dB= =
-
290
A
T K=
-
290
F
T K=
-
0 0,3
( 1) (10 1)*290 290
R
T F T K= − = − =
-
( )
OR
3
P
L dB=
-
0

3
2
dB
θ
=
( Với ăngten trạm LES ó đường kính 13 m, thông số của ăngten do hãng sản
suất thiết bị cung cấp)
-
( )
3
12*( / ) 3
R R dB
L dB
α θ
= =
( chọn trạm nằm ở mép vùng bao phủ)
- Tổng suy hao đường truyền tuyến lên là:
( ) ( )
204,83 3 3 210,83 12
Up
Y dB= + + =
∑
- Tổng suy hao đường truyền tuyến xuống
( ) ( )
owm
189,13 3 3 195,16 13
D
Y dB= + + =
∑
- Hệ số tạp âm máy thu F = 3dB

a. Tính tỉ số C/
up
T
tuyến lên
Giả sử một trạm phát lên một mức công suất EIRP đủ để trạm 2 thu được với chỉ tiêu BER =
3
10
−
. Vì đây là giá trị ngưỡng của BER để có thể mất liên lạc do BER lớn. Ta gọi EIRP của trạm 1
là X (dBW). Cần xác định: EIRP = X(dBW) =
1Tx
P

- Công suất tín hiệu thu được tại ăngten thu vệ tinh là:
( ) ( )
ARxS 1
210,83 W 14
Tx up
P P Y X dB= − = −
- Tỷ số công suất sóng mang trên nhiệt độ tạp âm tại đầu vào bộ khuếch đại băng rộng bộ
phát đáp trên vệ tinh tuyến lên là:
( ) ( ) ( )
( / ) / W 15
up RxS
s
C T P G T dB= +
Mà công thức tính G/T của vệ tinh như sau:
( )
A
( / ) ( / * * ) /[T / *(1 1/ ) ] 16

s Rx R FRx POL FRx F FRx R
G T G L L L L T L T= + − +
Ta sẽ tính
Rx
G
của vệ tinh với anten vệ tinh có D = 4m, hiệu suất anten vệ tinh
0.55
η
=
14
( )
2 2 2
3
*( * / ) *( *70 / ) 0,55*(3,14*70 / 2) 38,2
Rx u dB
G D dB
η λ η θ
= ∏ = ∏ = =
Thay các số liệu cho ban đầu vào (16) và tính theo dB ta được:
0.1 0.1
10
( / ) 38,2 3 1 3 10l g [290/10 290(1 1/10 ) 290]
S
G T o= − − − − + − +
Vậy :
( / ) 3,57 /
S
G T dB K=
Thay vào (15) ta có:
( ) ( )

( / ) 210,83 3,57 207,26 W/K 17
up
C T X X dB= − + = −
Tỷ số công suất sóng mang trên nhiệt độ tạp âm tương đương của tuyến lên
( / )
up
C T
để đánh giá
chất lượng của tuyến thông tin vệ tinh.
b. Tính tỷ số
own
( / )
d
C T
Gọi
S
EIRP
của bộ phát đáp trên vệ tinh xuống trạm 2 là Y (dBW).
Công suất tín hiệu thu được tại anten trạm 2 là Y ( trạm SES) là:
( ) ( )
ARx2 s
own
P EIRP 195,16 W 18
d
Y Y dB= − = −
∑
Đối với trạm SES anten có G/T = 18.5 dB/K ( thông số của anten trạm SES do hãng sản suất
ấn định).
Yêu cầu công suất thu được tại điểm đầu vào bộ khuếch đại tạp âm thấp LNA của trạm 2 phải
đạt 1giá trị sao cho BER xấu nhất phải đạt

3
10
−
.
Ta có:

( )
own 2
down
( / ) ( / )
(C/T) 195,16 18,5 176,66 W/K
d Rx
C T P G T
Y Y dB
= +
= − + = −
(19)
Vì nhiều sóng mang cùng làm việc trên một bộ phát đáp, vì vậy để tránh hiện tượng nhiễu giao
điều chế giữa sóng mang nên ta không cho bộ khuếch đại làm việc ở gần điểm bão hoà trên đặc
tuyến của nó.
Ta đã biết công suất tín hiệu thu tại đầu vào anten vệ tinh được tính bằng công thức (17).
Mặt khác ta đã biết mật độ thông lượng công suất sóng mang tại trung tâm chiếu tuyến lên bằng
tổng đại số công suất tại đầu vào anten vệ tinh
ARxS
P
cộng với hệ số khuếc đại của anten/
2
m
tính
theo công thức:

( )
2 2 9 8
/ 10lg(4 / ) 10lg(4 *6*10 ) / 3*10 37,2
ATN
g G m dB
λ
= = ∏ = ∏ =
Mật độ thông lượng công suất sóng mang tại tuyến lên
2
up
W ( W/m )dB
.
( )
( )
2
up
W ( 210,83) 37,2 173,63 W/m 20
PRxS ATN
P g X X dB= + = − + = −
Theo khuyến nghị của Intelsat và Inmasat thì mật độ thông lượng công suất bão hoà của một bộ
phát đáp trên tuyến lên tại trung tâm chiếu là
0
W 77,6= −
(dBW/
2
m
)
- Mức “BACK OFF” được tính bằng
0 up
I/O

W W 77,6 ( 173,63) 96,03 ( )
WT 96,03 ( 5,5) 90,53 ( )
IBO X X dB
IBO IBO T X X dB
= − = − − − = −
= + = − + − = −
Trong đó:
( )
I/O
WT 5,5T dB= −
là hệ số sai khác giữa mức ”BACK OFF” đầu vào và ra của bộ
khuếch đại TWT.
- Giá trị công suất phát xạ đẳng hướng của vệ tinh Y bằng công suất phát xạ đẳng hướng
bão hoá
34
ss
P =
của vệ tinh trừ đi mức “BACK OFF” đầu ra.
( ) ( )
34 ( 90,53) 56,53 W 21
S ss
P P OBO X X dB= − = − − + = −
Thay kết quả của (21) vào (19) ta được:
( )
own
own
( / ) 176,66 56,53 176,66
( / ) 233,19( W/K) 22
D
D

Y C T Y X
Y C T X dB
= = − = − −
= = −
15
c. Tính công suất phát xạ EIRP của trạm 1
Để tính được EIRP ta phải xem xét các thông số sau:
- Tỷ số
( / )
up
C T
- Tỷ số
own
( / )
D
C T
- Hệ số điều biến tương hỗ giữa các sóng mang và hệ số ảnh hưởng lẫn nhau của
các loại phân cực.
• Xác định tỷ số công suất sóng mang nhiệt độ tạp âm của toàn tuyến
( / )
TT
C T
( ) ( )
0
( / ) / W/K 23
TT
C T C N K dB= +
Trong đó : K là hằng số Bolzman, K= 1,3896.
2
10

−
W/HzK = -228,6 dBW/HzK.
Ta xét bảng sau:
BER Composite Rate
( )
0
/
b
E N dB
Transmission Rate
( )
0
/
b
E N dB
( )
0 0 0
/C N N+
3
10
−
5,7 4,45 8,2
7
10
−
8,7 7,45 10,8
8
10
−
9,2 7,95 11,3

Ta thấy khi trạm làm việc ổn định mật độ công suất phổ phải tốt hơn 8,2 dB, giá trị này phụ thuộc
chủ yếu vào khả năng làm việc của vệ tinh và hệ số phẩm chất G/T của trạm mặt đất và được giới
hạn coi là mất liên lạc khi BER =
3
10
−
tức là :
( )
0 0
( ) / 8,2
o
C N N dB+ =

Ta có :
( )
( )
0 0
0 0
0 0
0 0
0 0
0 0 0 0 0
0 0 0 0 0
0 0 0 0
( / ) /10
0 0 0 0
( / )/10
0 0 0
( / ) /10
( / )/10

( / )/10
0,82
( ) / / 1
( ) / dB =10lg[(C / ) 1]
C / dB =10lg(C / )
/ 10 ( / ) /10
( ) / ( ) 10lg(10 1)
8,2 10l g(10 1)
0,82 log(10 1)
10 (10 1)
C N
C N
C N
C N
C N
C N N C N
C N N N
N N
C N C N
C N N dB
o
+ = +
+ +
=
+ = +
= +
= +
= +
0 0
( / )/10

0.82
0 0
10 10 1 5,6
/ 10log5,6 7,5( )
C N
C N dB
= − =
= =
Mặt khác :
0
10lg( / 2)( W/Hz)C C R dB= −

Trong đó : C là công suất sóng mang (dBW)
R = 1200 b/s là tốc độ luồng dữ liệu phát.
Vậy :
0
0
0
10lg(1/ 2) 10lg
3 10lg
3 10lg
C C R
C C R
C C R
= − −
= + −
= − +

Mà :
0 0 0 0

0 0
0
( / ) 3 10lg
( / ) 10lg ( / ) 3
( / ) 10lg 7,5 3 4,5
dB
dB dB
dB
C N C N C R N
C N R C N
C N R dB
= − = − + −
− = −
− = − =

Do đó:
( )
0
( / ) 4,5 10lg1200 35,3 W/Hz
dB
C N dB= + =
Vậy tỷ số công suất sóng mang trên mật độ phổ công suất nhiễu toàn tuyến là:
16
( ) ( )
0
( / ) 35,3 W/Hz 24
dB
C N dB=
Thay (24) vào (23) ta tính được
( / )

TT
C T
của toàn tuyến là:
( / )
TT
C T
=
0
/ 35,3C N K K+ = +
( ) ( )
0
/ 35,3 228,6 193,3 W/K 25C N dB⇒ = − = −
Xét phương trình tổng quát :
-1 -1 -1 -1
UP D IM POL
[(C/T) ]=[(C/T ] [(C/T) ] [(C/T) ]+[(C/T) ]+ +
Cho trước giá trị:
14
IM
14
POL
(C/T) 142,8( W/K)=1,91.10
(C/T) 149,3( W/K)=8,51.10
dB
dB
= −
= −
Từ các kết quả (17), (22), (25) và đổi ra lần ta có:
19
TT

20 0.1
UP
22 0.1
own
(C/T) 193,3( W/K)=2,14.10
(C/T) 207,26( W/K)=4,84*10 *10
( / ) 233,19( W/K)=20*10 *10
X
X
D
dB
X dB
C T X dB
−
−
= −
= −
= −
Thay vào ta được:
19 20 0.1 22 0.1 14 14
2,14.10 4,84*10 *10 20*10 *10 1,91*10 8,51*10
X X− −
= + + +
Giải phương trình trên ta được:
X= 41,42 dBW.
Như vậy để đảm bảo tỷ số
0 0 0
( ) / 8,2C N N+ =
dB thì trạm phát phải có mức công suất phát
EIRP là 41,42dBW cho một kênh thông tin hay tính được công suất bức xạ hướng hiệu dụng EIRP

của trạm LES Hải Phòng là 41,42 dBW cho một kênh thông tin.

17