Tiểu luận môn thông tin vệ tinh

1

PHẦN I : TÍNH TOÁN CÔNG SUẤT YÊU CẦU CỦA MÁY PHÁT TRẠM
MẶT ĐẤT TRONG THÔNG TIN VỆ TINH

Trong phần này , ta tực hiện phân tích và tính toán cho hai bài toán cụ thể :

Bài toán 1 : Tính công suất yêu cầu của một máy phát thông tin vệ tinh từ
Trạm phát Hà Nội (21º09’N, 106º14’E), trạm thu Bình Dương (10º51’N,
106º48’E).
Với các điều kiện cụ thể cho mỗi trường hợp tính toán :
a. Trường hợp khi xét các điều trong mùa mưa:
+ Vào mùa mưa, lượng mưa trung bình là 150mm/h
+ Nhiệt độ chọn theo mùa mưa ở Việt Nam.
+ Tần số f
Uplink
= 6 Gz, f
Downlink
= 4 Gz.
+ Đường kính anten trạm mặt đất 10m .
+ Đường kính anten vệ tinh 1,2m.
+ Tỉ lệ lỗi bit cho phép (BER) là 10
-3
.
+ Công suất tối thiểu yêu cầu tại máy thu là P
R
= -75dBmW.
b. Trường hợp khi xét các điều kiện chuẩn như trên sông song trong mùa
khô (không có mưa).
c. Tính toán các kết quả trong hai trường hợp trên và so sánh tút ra nhận xét.

Bài toán 2 : Tính toán dung lượng của hệ thống thông tin vệ tinh trong hai
trường hợp có nén và không nén .
1.1. Tính toán công suất yêu cầu của một máy phát thông tin vệ tinh từ trạm
phát Hà Nội , trạm thu Bình Dương .

* Phân tích bài toán :
Với bài toán trên (Bài toán 1)có thể chia làm 3 bài toán nhỏ như sau :
1.Tính toán năng lượng đường truyền từ trạm phát Hà Nội lên vệ tinh, từ đó
tính công suất tối thiểu của máy phát ở trạm phát Hà Nội với điều kiện đã cho.
2.Tính toán năng lượng đường truyền từ vệ tinh đến trạm thu Bình Dương ,
từ đó tính công suất tối thiểu của máy phát vệ tinh với điều kiện đã cho.
3.Tính các thông số năng lượng đường truyền của hệ thống thông tin trong
hai trường hợp vào mùa mưa và mùa khô.
2

Từ các kết quả tính toán ta xác định đượchệ số khuếch đại công suất tối thiểu
của bộ phát đáp của vệ tinh.

* Giải quyết bài toán :
1.1.1. Tính toán năng lượng đường tuyền từ trạm phát Hà Nội lên vệ tinh. Xác
định công suất tối thiểu của máy phát ở trạm phát Hà Nội với các điều kiện đã
cho.
Công suất vào máy thu khi truyền từ trạm mặt đất đến vệ tinh được xác định qua
công thức :
P
r
= P
T
+ G
T

+ G
R
– L
To
(1.1)
Trong đó : L
To
= L
KG
+ L
M
+ L
i
+ L
a
+ L
T
+ N
SYS
(1.2)

P
r
Công suất vào máy thu
P
T
Công suất ra của máy phát
G
R
Độ lợi của anten thu

G
T
Độ lợi của anten phát
L
To
Tổng suy hao
L
KG
Suy hao trong không gian tự do
L
r
Suy hao do mưa
L
i
Suy hao do hấp thụ tầng điện ly
L
a
Suy hao do hấp thụ không khí
L
T
Suy hao do hệ thống thu phat
(suy hao dp fidơ)
T
A
Nhiệt tạp âm anten
T
S
Nhiệt tạp âm bên ngoài
T
0

Nhiệt độ môi trường
T
R
Nhiệt tạp âm máy thu
N
SYS
Suy hao do tạp âm hệ thông



** Tính toán các thông số cụ thể như sau :
a. Độ lợi của anten.
Độ lợi của antenđược tính theo công thức :

G [dB] =10 lg(



)
2
r
(1.3)

Trong đó r là đường kính của anten
η : là hiệu suất
- Như vậy độ lợi của antenphats với đường kính anten là 10m, tần số phát 6GHz :

3

λ=

m
f
C
05,0
10.6
10.3
9
8


G
T
[dB]= 10lg



2
r
= 10lg (
76,35)6,0.
05,0
100.14,3

[dB]

- Độ lợi của antenthu với đường kính là 1,2m

G
R
[dB] = 10lg(




)
2
r
= 10.lg(
35,17)6,0.
05,0
44,1.14,3

[dB]

b. Suy hao trong không gian tự do
Suy hao trong không gian tự do được tính theo công thức
L
KG
[dB] = 10lg
2
4








D
(1.4)

Trong đó D là khoảng cách từ trạm phát Hà nội (21
0
09’N, 106
0
14’E)đến vệ tinh.
Từ hình 1.1, hình chiếu của vệ tinh VinaSat 1 lê quả đất có vị trí tương đối là 00
0
00’N, 132
0
00’E. Trước hết sử dụng phần mềm tính quãng đường để tính cung tròn
từ vị trí của Hà Nội đến vị trí hình chiếu của quả đất đó chính là góc ở tâm của quả
đất được tạo bởi hai bán kính đi qua vị trí của vệ tinh và vị trí Hà Nội.
Khoảng cách theo khung tròn từ Hà Nội đến vị trí hình chiếu Vệ tinh là : 1980nm
(hải lí )










Hinh 1.1. Xác định khoảng cách từ trạm mặt đất Hà Nội đến Vệ tinh
Góc α trên hình vẽ là α =
0
33
60

1980


HC .
Vệ tinh
α
R
O
B
A
Vệ tinh
C
D
1980
nm
Hà
Nội
4

- Bán kính quả đất là R = 6400 km
- Độ cao vệ tinh h = 35750 km
- Xét tam giác vuông AOB ta có :
OB = R.cos α = 6400.cos 33
0
= 5367, 49km
→ BC = h + FB = 35750 = (6400 - 5367,49 ) = 36782,51km
AB = R.sin α = 6400.sin 33
0
= 3485,69 km
→ D =

km3,3694769,348551,36782
22


L
KG
[dB] = 10lg
2
4








D
= 10lg
35,139
05,0
3,36947.14.3.4
2








[dB]
c. Suy hao do mưa (L
r
)
Với giả thiết đàu vào là hệ thống thông tin vệ tinh dùng hai tần số f
Uplink
=
6GHz, f
Downlink
= 4 GHz, thuộc dải tần số của Cửa sổ vô tuyến điện nên không bị suy
hao do mưa (hình 1.2). Như vậy do hệ thống hoạt động ở tần số thuộc dải tần của
cửa sổ vô tuyến nên mưa chỉ ảnh hưởng đến tạp âm nhiết của hệ thống .










Hình 1.2: Suy hao của sóng vô tuyến điện trong khí quyển.

d.Suy hao do hấp thụ trong tầng điện ly ( L
i
)
Với hệ thống thông tin vệ tinh này hoạt động trên các tần số nằm trong phạm
vi của cửa sổ vô tuyến ( hình 1.2) nên suy hao do tầng điện ly gây lên là không đáng
kể có thể bỏ qua . Hai suy hao do mưa và suy hao do hấp thụ trong tầng điện ly phụ

thuộc vào tần số hoạt động của hệ thống . Với các dải tần số khác thì vó thể tra suy
hao trong trang 79,161 tài liệu “Satellite communication technology” ).

e.Suy hao do hấp thụ trong không khí ( L
a
).
5

Cũng do dải tần số f
Uplink
= 6GHz, f
Downlink
= 4 GHz thuộc dải tần của cửa sổ
vô tuyến, nên suy hao do hấp thụ trong không khí rất nhỏ có thể bỏ qua. Với các dải
tần số khác thì có thể tra suy hao trong tài liệu “Satellite communication
technology”

f. Suy hao trong hệ thống thu và phát (L
T.
)
Suy hao trong thiết bị thu và phát còn gọi là suy hao do hệ thống fidơ, có hai
loại như sau :
- Suy hao L
FTX
giữa máy phát và anten, để anten phát được công suất P
T
cần
phải cung cấp một công suất P
TX
ở đầu ra của bộ khuếch đại phát, do vậy :

Hình 1.3: Tổn hao trong hệ thống thu và phát


P
T
= P
TX
– L
FTX
[dB] (1.5)
- Suy hao L
FRX
giữa anten và máy thu, công suất P
RX
ở đầu vào của máy thu
bằng :
P
R
= P
RX
– L
FRX

[dB] (1.6)
Trong các hệ thống thông tin hiện nay, để đơn giản thường lấy hệ số tổn hao fidơ:
L
FRX
= L
FTX
= 2[dB] suy ra L
FRX
= L
FTX
= 10
-0,2
lần

g. Suy hao nhiệt tạp âm.
Công suất tạp âm N của hệ thống thu tính tại đầu vào máy thu được biểu thị
bằng công thức :
N = k.T
SYS
.B (1.7)
N: công suất tạp âm
k = 1,38.10
-23
J/K : Hằng số Blozman
T
x
L
FTX

AN
TE
N

AN
TE
N

L
FRX


R
X

Tổn hao
fidơ
P
T
X

P
T

P
R
X

P
R

Tổn hao
fidơ
6

T
SYS:
Nhiệt độ tạp âm tương đương của hệ thống (
0
K)
Nhiệt độ tạp âm tương đương của hệ thống được tính theo công thức

T
STS
=
R
F
FAS
T
L
TTT


(1.8)
T
S
: Tạp âm nhiệt bên ngoài
T
A
: Nhiệt tạp âm anten

T
F
: Nhiệt tạp âm hệ thống fidơ
T
R
: Nhiệt tạp âm đầu vào máy thu
L
F
: Suy hao của hệ thống fidơ (số thực)
Tuy nhiên phương trình trên trước hết là tìm ra nhiệt tạp âm của trạm mặt đất ở
đường xuống từ vệ tinh thông tin. Đối với đường lên từ một trạm mặt đất tới vệ
tinh, các nguyên nhân tạp âm chinhslaf tạp máy thu và tạp bên ngoài( tạp âm bề mặt
quả đất ). Vì thế ta có thể bỏ qua tạp âm hệ thông fidơ và an ten, thì có thể biểu diễn
tạp âm đối với đường lên là :
T
SYS
= T
S
+ T
R
(1.9)
Từ T
SYS
để tính nhiệt tạp âm của hệ thống biểu thị bằng công thức :
N
SYS
= 10 lg( k.T
SYS
.B) [dB] (1.10 )
- Tạp âm nhiệt bên ngoài T

S
:
Nhiệt tạp âm bên ngoài bao gồm : nhiệt tạp âm vũ trụ, nhiệt tạp âm của dải ngân hà,
nhiệt tạp âm của mặt trời, nhiệt tạp âm do khí quyển, nhiệt tạp âm do mưa và nhiệt
tạp âm từ trạm mặt đất xung quanh trạm
Trong đó các loại nhiệt tạp âm vũ trụ, nhiệt tạp âm của dải ngân hà, nhiệt tạp âm
của mặt trời , nhiệt tạp âm do khí quyển do dải tần số uplink và downlink trong đề
bài nằm trong cửa sổ vô tuyến có nên rất bé có thể bỏ qua.
Nhiệt tạp âm từ các trạm mặt đất xung quanh trạm do góc ngẩng anten của các trạm
Hà Nội và Bình Dương có góc ngẩng anten lớn 45
0
và 52
0
nên các ảnh hưởng này
không đáng kể nên có thể bỏ qua .
Như vậy nhiệt tạp âm bên ngoài chủ yếu là do mưa và nó được tính theo công thức:

T
S

T
M
= T
m










M
L
1
1
(1.11)
Trong đó: T
M
nhiệt tạp âm do mưa.
T
m
: Nhiệt độ trung bình của cơn mưa tính theo công thức :
7

T
m
= 1,12T
xq
– 50(
0
K)
T
xq
: Nhiệt độ xung quanh của trạm mặt đất, nhiệt độ trung bình mùa mưa ở
Hà Nội là 25
0
C= 298
0

K
 

L
M
: Suy hao do mưa L
M
= 16,57

T
S
= T
M
= T
m
76,28350298.12,1
1
1 









M
L

-
Nhiệt tạp âm anten:

Nhiệt độ tạp âm tương đương của máy thu do máy thu sử dụng là loại máy
thu LNA nên nhiệt tạp âm tương nhỏ khoảng 40
0
K
L
F
= 0,2 [dB]
Suy hao do tạp âm nhiệt hệ thống được tính theo [dB]

T
SYS
[dB]= 10lg(
R
F
FAS
T
L
TTT


)= 10lg
25,3040
6,0
2983076,283










[dB]
- Suy hao do băng thông:
B[dB]= 10lg B= 10.lg(36.10
6
) = 75,56[dB]
-
Tổng suy hao do nhiệt tạp âm.

N[dB]= 10lg k +10lg T +10lg B = - 228,6 + 30,25 +75,56 = - 122,79 [dB]
Từ công thức :
C/N= P
R
- N
SYS
= P
T
+G
T
+G
R
– L
T
–L
P

– L
R
- N
SYS
(1.12)
P
T
= P
R
+ L
T
+L
P
+L
R
–G
T
- G
R
Với yêu cầu công suất tại máy thu lf -75[dB] ta có
P
T
= -75dBmW + 139,35dB + 2dB + 2dB – 35,76dB – 17,35dB = 15,24 dBm
EIRP = P
T
+ G
T
– L
T
= 15,24 +35,76 -2,0 =49

C/N = R
T
- N
SYS
= -75 – ( -122,79) = 47,79

1.1.2. Tính toán năng lượng đương truyền từ vệ tinh xuống trạm thu tại Bình
Dương. Từ đó xác định công suất tối thiểu của máy phát ở vệ tinh với các điều
kiện đã cho.
Tương tự như phần tính toán trong phần mềm trên. Các thành phần tính toán được
chỉ ra dưới đây :
a.Xác định độ lợi anten của vệ tinh .
Áp dụng công thức (1.3), với đường kính anten vệ tinh là 1,2m,tần số phát 4GHz
8

m
f
C
075,0
10.4
10.3
9
8



G
r
[dB]= 10lg




2
r
=10 lg (
58,15)60,0.
075,0
44,1.14,3

[dB]
Độ lợi của anten thu với đường kính là 10m

G
R
[dB]= 10.lg (
 
dB
r
34)6,0.
075,0
100.14,3
lg(.10)
2





b.Suy hao trong không gian tự do
Suy hao trong không gian tự do được tính theo công thức (1.4). Trong trường hợp

này khoảng cách D là khoảng cách được xác định từ trạm tu Bình Dương (10
0
51’N,
106
0
48’ E).Cũng từ hình 1.4, hình chiếu của vệ tinh VinaSat 1 lên quả đất có vị trí
tương đối là 00
0
00’N, 132
0
00’E. Sử dụng phần mềm tính quãng đường để tính cung
tròn từ vị trí của Bình Dương đến vị trí hình chiếu của quả đất đó chính là góc ở tâm
của quả đất được tạo bởi hai bán kính đi qua vị trí của vệ tinh và vị trí Bình Dương.
- Khoảng cách theo cung tròn từ Bình Dương đến vị trí chiếu Vệ tinh là :
1647nm(hải lí). Góc α trên hình vẽ là α =
.28
60
1647
0


- Bán kính quả đất là R=6400 km
- Độ cao vệ tinh h = 35750 km
- Xét tam giác vuông AOB ta có :
OB=R.cosα = 6400.cos28
0
= 5650,86km
→ BC= h +FB = 35750 + ( 6400 -5650,86)= 36499,14 km
AB= R.sin α = 6400.sin 28
0

=3004,62km
→ D=
km6,3662262,300414,36499
22


Từ khoảng cách vừa tính được ở trên ta suy ra độ hao trong không gian tự do là :
L
KG
[dB]=10lg
 
dB
D
75,135
075,0
6,36622.14,3.4
lg10
4
2
2























HC .
Vệ tinh
Vệ tinh
C
D
1647
nm
Bình
Dương
9

Hình1.4: Xác định khoảng cách từ trạm mặt đất Bình Dương đến Vệ Tinh.

c. Suy hao do mưa, do hấp thụ trong tầng điện ly, trong tầng khí quyển .
Các suy hao này không tính đến vì tần số f
Downlink
= 4GHz thuộc dải tần số của cửa
sổ vô tuyến. Với dải tần số này mưa chỉ ảnh hưởng đến tạp âm nhiệt của hệ thống .
d.Suy hao trong hệ thống thu và phát L
T
.
Suy hao trong thiết bị thu và phát còn gọi là suy hao do hệ thống fidơ, có hai loại
như sau :
-Suy hao L
FTX
giữa máy phát và anten, để anten phát được công suất P
T
cần
phảicung cấp một công suất P
TX
ở đầu ra của bộ khuếch đại phát, do vậy:
P
T
= P
TX
– L
FTX
[dB]
Suy hao L

FRX
giưuax anten và máy thu, công suất P
RX
ở đầu vào máy thu bằng:
P
R
= P
RX
– L
FRX


[dB]
Trong các hệ thống thong tin hiện nay, để đơn giản thường lấy hệ số tổn hao fidơ
L
FRX
= L
FTX
= 2[dB] suy ra L
FRX
= L
FTX
= 10
-0,2
lần
e.Suy hao nhiệt tạp âm .
Công suất tạp âm N của hệ thống thu tính đầu vào máy thu được biểu thị
bằng công thức :
N = k.T
SYS

.B
Trong đó :
N : công suất tạp âm
K : Hằng số Bolzman
T
SYS
: Nhiệt độ tạp âm tương đương của hệ thống (
0
K)
B: Độ rộng băng thong của máy thu (hz)
Nhiệt độ tạp âm tương đương của hệ thống được tính theo công thức :
10

T
SYS
=
R
F
FAS
T
L
TTT



T
SYS
: Nhiệt tạp âm hệ thống
T
S

: Tạp âm nhiệt bên ngoài
T
A
: Nhiệt tạp âm anten
T
F
: Nhiệt tạp âm hệ thống fidơ
T
R
: Nhiêt tạp âm đầu vào máy thu
L
F
: Suy hao của hệ thống fidơ (số thực )
Từ T
SYS
để tính nhiệt tạp âm của hệ thống biểu thị bằng công thức:
N
SYS
= 10lg(k.T
SYS
.B) [dB]
Tạp âm nhiệt bên ngoài T
S

Nhiệt tạp âm bên ngoài bao gồm : nhiệt tạp âm vũ trụ, nhiệt tạp âm của dải
ngân hà, nhiệ t tạp âm củ mặt trời , nhiệt tạp âm do khí quyển, nhiệt tạp âm do mưa
và nhiệt tạp âm từ trạm mặt đất xung quanh trạm .
Trong các loại nhiệt tạp âm vũ trụ, nhiệt tạp âm của dải ngân hà, nhiệt tạp âm
của mặt trời , nhiệt tạp âm do khí quyển do dải tần số uplink vag downlink trong đề
bài nằm trong cửa sổ vô tuyến nên rất bé có thể bỏ qua .

Nhiệt tạp âm từ các trạm mặt đất xung quanh trạm do góc ngẩng anten củ các
trạm Hà Nội và Bình Dương có góc ngẩng anten lớn 45
0
và 52
0
nên các ảnh hưởng
này không đấng kể, có thể bỏ qua.
Như vậy, nhiệt tạp âm bên ngoài chủ yếu là do mưa và nó được tính theo
công thức:
T
S









M
mM
L
TT
1
1

Trong đó : T
M
nhiệt tạp âm do mưa

T
m
: nhiệt độ trung bình của cơn mưa, tính theo công thức:
T
m
= 1,12T
xq
– 50(
0
K)
T
xq
: nhiệt độ xung quanh của trạm mặt đất. Nhiệt độ trung bình mưa ở
Bình Dương là 33
0
C= 306
0
K
L
M
: Suy hao do mưa L
M
= 16,57

T
S
= T
M
=T
m

72,29250306.12,1
1
1 









M
L


11

Nhiệt tạp âm anten:
Nhiệt độ tạp âm tương đương của máy thu do máy thu sử dụng là loại máy thu LNA
nên nhiệt tạp âm tương đương nhỏ khoảng 40
0
K
L
F
= 0,2[dB]
Suy hao do tạp âm nhiệt hệ thống được tính theo [dB]

T
SYS

   
dBT
L
TTT
dB
R
F
FAS
366.3040
6,0
3063072,292
lg10)lg(10 













Suy hao do băng thông
B[dB]= 10lgB = 10.log 36.10
6
= 75,56 [dB]
Tổng suy hao do nhiệt tạp âm

N[dB]= 10lg k +10 lg T +10 lg B = -228,6 + 30,366 +75,56 = -122,674 [dB]
Từ công thức :
C/N= P
R
- N
SYS
= P
T
+ G
T
+ G
R
– L
T
– L
P
- L
R
- N
SYS

P
T
= P
R
+ L
T
+ L
P

+ L
R
– G
T
–G
R

Với yêu cầu công suất tại máy thu là -75[dB] ta có
P
T
= -75dBmW + 135,75dB +2 dB +2dB – 15,58dB -34dB = 15,17dBm
EIRP = P
T
+ G
T
– L
T
= 15,17 + 15,58 -2,0 =28,75
C/N = R
T
– N
SYS
=-75 +122,674 = 47,674

Từ các kết quả phân tích và tính toán trên ta có bảng kết quả của năng
lượng đường truyền từ trạm phát Hà Nội đến trạm thu Bình Dương qua vệ tinh
VinaSat 1 như sau :
Bảng 1.1
Vệ tinh 132,00E
Băng tần lên : f

Uplink
= 6GHz
Băng tần xuống : f
Downlink
= 4 GHz

Phát: Hà Nội
Thu : Bình Dương
(P
T
)u
dBm
15.24
(L
T
)u
dB
2.0
(G
T
)u
dB
35,76
(EIRP)u
dBm
49
12

(LS)u
dB

0
(La)u
dB
0
(G
R
)u
dB
17,35
(L
R
)u
dB
2,0
(N
SYS
)u
dBHz
-122,79
(C/N)u
dBHz
47,79
(P
T
)d
dB
15,17
(L
T
)d

dB
2,0
(G
T
)d
dB
15,58
(EIRP)d
dBm
28,75
(LS)d
dB
0
(La)d
dB
0
(G
R
)d
dB
34
(L
R
)d
dB
2,0
(N
SYS
)d
dBHz

-122,674
(C/N)d
dBHz
47,674

1.2. Tính toán và xác định các thông số với điều kiện vào là mùa khô .
G
T
, G
R
không thay đổi khi điều kiện bên ngoài thay đổi. L
P
, L
a
, L
i
, L
F
, L
R

vẫn giữ nguyên kết quả tính toán như trong trường hợp trên, do tần số Uplink và
Downlink đều nằm trong cửa sổ vô tuyến .
Mưa cũng ảnh hưởng đến các thông số nhiệt tạp âm N
SYS
, thông số này được
tính như sau :
Công suất tạp âm N của hệ thống thu tính tại đầu vào máy thu được biểu thị bằng
công thức :
N = k.T

SYS
.B
Trong đó :
N: công suất tạp âm
k : hằng số Bolzman
T
SYS
: Nhiệt độ tạp âm tương đương của hệ thống (
0
K)
B : Độ rộng của băng thông máy thu (Hz)
Nhiệt độ tạp âm tương đương của hệ thống được tính theo công thức :

13

T
SYS
=
R
F
FAS
T
L
TTT



T
SYS
: Nhiệt tạp âm hệ thống

T
S
: Tạp âm hiệt bên ngoài
T
A
: Nhiệt tạp âm anten
T
F
: Nhiệt tạp âm hệ thống fidơ
T
R
: Nhiệt tạp âm đầu vào máy thu
L
F
: Suy hap của hệ thống fidơ (số thực )

Từ T
SYS
để tính nhiệt tạp âm của hệ thống biểu thị bằng công thức:
N
SYS
= 10lg(k.T
SYS
.B) [dB]

Tạp âm nhiệt bên ngoài T
S

Nhiệt tạp âm bên ngoài bao gồm : nhiệt tạp âm vũ trụ, nhiệt tạp âm của dải
ngân hà, nhiệ t tạp âm của mặt trời , nhiệt tạp âm do khí quyển, nhiệt tạp âm do

mưa và nhiệt tạp âm từ trạm mặt đất xung quanh trạm .
Trong các loại nhiệt tạp âm vũ trụ, nhiệt tạp âm của dải ngân hà, nhiệt tạp âm
của mặt trời , nhiệt tạp âm do khí quyển do dải tần số uplink vag downlink trong đề
bài nằm trong cửa sổ vô tuyến nên rất bé có thể bỏ qua .
Nhiệt tạp âm từ các trạm mặt đất xung quanh trạm do góc ngẩng anten củ các
trạm Hà Nội và Bình Dương có góc ngẩng anten lớn 45
0
và 52
0
nên các ảnh hưởng
này không đấng kể, có thể bỏ qua.
Như vậy, nhiệt tạp âm bên ngoài chủ yếu là do mưa và nó được tính theo
công thức:
T
S









M
mM
L
TT
1
1

Trong đó : T
M
nhiệt tạp âm do mưa
T
m
: nhiệt độ trung bình của cơn mưa, tính theo công thức:
T
m
= 1,12T
xq
– 50(
0
K)
T
xq
: nhiệt độ xung quanh của trạm mặt đất. Nhiệt độ trung bình
mùa khô ở Hà Nội là 18
0
C= 291
0
K
L
M
: Suy hao do mưa L
M
= 16,57

14

T
S
= T
M
=T
m
92,27550291.12,1
1
1 









M
L


Nhiệt tạp âm anten:
Nhiệt độ tạp âm tương đương của máy thu do máy thu sử dụng là loại máy thu LNA
nên nhiệt tạp âm tương đương nhỏ khoảng 38
0
K
L
F

= 0,2[dB]
Suy hao do tạp âm nhiệt hệ thống được tính theo [dB]

T
SYS
   
dBT
L
TTT
dB
R
F
FAS
14,3038
6,0
2913092,275
lg10)lg(10 












Suy hao do băng thông
B[dB]= 10lgB = 10.log 36.10
6
= 75,56 [dB]
Tổng suy hao do nhiệt tạp âm

N[dB]= 10lg k +10 lg T +10 lg B = -228,6 + 30,14 +75,56 = -122,9[dB]
Từ công thức :
C/N= P
R
- N
SYS
= P
T
+ G
T
+ G
R
– L
T
– L
P
- L
R
- N
SYS

P
T
= P

R
+ L
T
+ L
P
+ L
R
– G
T
–G
R

Với yêu cầu công suất tại máy thu là -75[dB] ta có
P
T
= -75dBmW + 139,35dB +2 dB +2dB – 35,76dB – 17,35dB = 15,24dBm
EIRP = P
T
+ G
T
– L
T
= 15,24 + 35,76 -2,0 = 49
C/N = R
T
– N
SYS
=-75 +122,9= 47,9

15

R1
R2
R3
R4
Đa truy
nhập
Tin
Mã
tin
Mã
kênh
Điều
chế

HPA
P
Nén
n kênh
m đường

PHẦN II: XÁC ĐỊNH DUNG LƯỢNG KÊNH CỦA HỆ THỐNG THÔNG
TIN VỆ TINH

Bài toán : tính toán dung lượng kênh của hệ thống thông tin vệ tinh trong các
trường hợp có nén và không nén với các điều kiện cụ thể sau :
- Độ rộng băng thông B = 36 MHz
- Điều chế QPSK
- Mã kênh FEC tỷ lệ ¾
- Phát thoại

Hình 2.1. Mô hình của hệ thống thông tin vệ tinh

2.1. Dung lượng kênh của hệ thống thông tin vệ tinh trong trường hợp không nén.
Theo công thức của Shanon

R= B.log







N
S
1

Tốc độ Baud (tốc độ symbol) là
R
1
=
30050083

198,1
10.36
198,1
6

B

Tốc độ sau điều chế ( do điều chế QPSK) nên :
R
2
= 2R = 2.30050083 = 60100166
Tốc độ sau mã kênh, nếu sử dụng mã NRZ thì
R
3
= 2.R
2
= 2.60100166 = 120200332
Tốc độ sau mã tin : Mã FEC tỷ lệ ¾
R
4
=
90150249120200332.
4
3
4
3
3
R

16

Số kênh thoại thực tế (64kbps)

kênh
C
R
n
V
ch
1173
120
100
.
64000
90150249
120
100
.
4


Hệ số dự trữ kênh là 20%

2.2. Dung lượng kênh của hệ thống thông tin vệ tinh trong trường hợp có nén .
Để tăng dung lượng kênh người ta thường nén tín hiệu. Để nén tín hiệu trong
mã tin có nhiều phương pháp nén khác nhau. Mỗi phương pháp cho một kết quả
khác nhau, chất lượng cũng như số lượng kênh truyền khác nhau.

a.Nén DPCM ( Differential Pulse Code Modulator)
Khi nén DPCM thì số bit trên một symbol chỉ là 7 bit, do đó tốc độ phát thoại là

56kbps, nên số kênh toại thực tế là :
1341
120
100
.
56000
90150249
120
100
.
4

V
chDPCM
C
R
n
[kênh]

b.Nén DPCM –P (Differential Pulse Code Modulator – Width Predictor)
Khi sử dụng kĩ thuật nén DPCM –P thì sẽ giảm được 2bit/mẫu, nên số bit cần
truyền là 6 bit. Do đó tốc độ phát là 48kbps, số kênh thoại thực tế là

1565
120
100
.
48000
90150249
120

100
.
4


V
PchDPCM
C
R
n
[kênh]

c.Nén ADPCM ( Adaptive DPCM –P)
Nếu sử dụng phương pháp này thì chỉ có 4bit/symbol tức đã giảm được 4 bit. Nên
tốc độ phát là 32kbps, số kênh thoại thực tế là :

2347
120
100
.
32000
90150249
120
100
.
4

V
chADPCM
C

R
n
[kênh]
d.Nén Vocoder – PRE –RPT
Khi nén bằng phương pháp Vocoder – PRE –RPT thì tốc đô phat là : 13kbps, số
kênh thoại thực tế là
5778
120
100
.
13000
90150249
120
100
.
4


V
RPTPREchVocoder
C
R
n
[kênh]
17


e.Nén Vocoder – QCE –LPC
Khi nén bằng phương pháp Vocoder – QCE –LPC thì tốc đô phat là : 9,6kbps, số
kênh thoại thực tế là

7825
120
100
.
9600
90150249
120
100
.
4


V
LPCQCEchVocoder
C
R
n
[kênh]

f.Nén Vocoder – QCE LP
Khi nén bằng phương pháp Vocoder – QCE LP (Chỉ sử dụng trong quân sự )thì tốc
đô phat là : 2,4kbps, số kênh thoại thực tế là
31302
120
100
.
2400
90150249
120
100

.
4


V
QCELPchVocoder
C
R
n
[kênh]

2.3 Nhận xét và đánh giá.
Rõ ràng khi sử dụng các phương pháp nén khác nhau thì kênh truyền tăng lên
đáng kể, phụ thuộc vào từng phương pháp khác nhau. Tuy nhiên khi tốc độ mỗi
kênh giảm xuống thì tỉ lệ lỗ bít(BER) sẽ tăng lên. Chính vì thế, để khắc phục nhược
điểmvà tận dụng mặt ưu điểm của các phương pháp nén người ta sử dụng các kĩ
thuật khác nhau như các phương pháp ghép kênh và mã hóa kênh để hạn chế tỉ lệ
lỗi bit .
Song khi sử dụng các biện pháp để khắc phục lại giảm số kênh thực, nhưng vẫn lớn
hơn số kênh thực khi không nén. Tùy điều kiênj cụ thể để lựa chọn các phương
pháp nén và mã hóa khác nhau để đạt chất lượng kênh truyền thực tế là cao nhất có
thể .
Trong thông tin vệ tinh hiện nay, do quãng đường truyền tin xa, gặp suy hao lớn
nên thường sử dụng tốc độ kênh thoại là 4,8kbps hoặc 9.8 kbps. Tốc độ thấp nhất
hiện nay 2,4kbps và mới chỉ được sử dụng trong quân sự .


18

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. TS Phạm Văn Phước . Bài giảng “Hệ thống thông tin vệ tinh”
2. KS. Nguyễn Đình Lương, bản dich “Công nghệ thông tin vệ tinh” – NXB
Khoa học và kĩ thuật Hà Nội năm 1997
3. ColJohn Keesee “Satellite Communication”
4. BruceR.Elbrt, “ Introduction to Satellite Communication”, third Edition