TÍNH TOÁN SUY HAO ĐƯỜNG TRUYỀN TRÊN TUYẾN THÔNG TIN vệ TINH của một TRẠM LES đặt tại TP hồ CHÍ MINH

CHƯƠNG I:
TIÊU CHUẨN CHỌN LỰA VÙNG VỆ TINH
VÀ CƠ SỞ ĐẶT TRẠM LES TẠI T.P HỒ CHÍ MINH
I. TIÊU CHUẨN CHỌN LỰA VÙNG VỆ TINH ĐỂ TÍNH 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.
Ta thấy rằng, khả năng thu hút thuê bao phụ thuộc vào nhiều yếu tố nhưng
một trong yếu tố quan trọng đầu tiên là phải chọn được vùng vệ tinh bao phủ thích
hợp, có mật độ hoạt động tầu bè lớn, có nhiều tuyến đường hàng hải quan trọng.
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 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 Đông Nam 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 vệ tinh cho một
trạm LES tại Việt Nam, ta thấy chọn vùng vệ tinh IOR là tối ưu hơn cả.
II. CƠ SỞ ĐẶT TRẠM LES TẠI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH.


1. 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.
- 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 vi ba 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 tới trung
tâm kinh tế để thu hút thuê bao nhằm mục đích giảm cước phí và tối thiểu yêu cầu
vận chuyển.
2.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 trí khoan đó người ta phân tích từng
loại đất, đá nằm bên dưới tại các 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.
3. 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 tiêu 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 thể là không
đáng kể vì mức của nó rất thấp, trừ trường hợp nơi mà điện áp cao thế có điện áp
từ vài trăm KV trở lên.
Do vậy để phòng ngừa tạp âm nhiễu 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 cận
của trạm LES có thể phát 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 đường truyền
vệ tinh với đường hạ cánh của máy bay.
4. 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 lớn đến suy hao đường truyền, những vấn đề này sẽ liên quan đến giá
thành lắp đặt trạm LES.
5. 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 tới 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 > 50.


CHƯƠNG II:
CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN SUY HAO
ĐƯỜNG TRUYỀN TRÊN TUYẾN THÔNG TIN VỆ TINH
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:
1. 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 công thức sau:
2

 4π R 
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.
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 900 , 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 50 .
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, ta có suy hao không gian tự do được tính bằng:
Ltd = 20 lg S ( km ) 20 lg f ( GHz ) + 92.45 ( dB )

Trong đó:

Ltd suy hao trong không gian tự do (dB)

S là chiều dài tuyến lên hay tuyến xuống (km)
f là tần số công tác
2. 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
Ta có Ns là tính khúc xạ tạị bề mặt trái đất.

Ns = 315 là giá trị của tầng khí quyển chuẩn.
3. 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.

Hình 2: Suy hao do tia sóng bị phân kỳ


4. 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 anten càng 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.

Hình 3-3: Suy hao phụ thuộc vào góc ngẩng anten
Với Da là đường kính anten
5. Các loại suy hao thực tế khác:
- 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 H 2O , O2 , O3 , CO2 .
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
(60-500) km, 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 (0,6-6) GHz 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. 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 tế của 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:
A = YLe ( 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.
Le 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:
Le = ( hm − hs ) / sin E ( km )

hm là độ cao cơn mưa (km), được tính bằng:
hm = 3 + 0.028ϕ ( 00 < ϕ < 360 )

hs là độ cao anten trạm mặt đất so với mực nước biển (km)

E là góc ngẩng anten(độ)
- Suy hao do Phiđơ thu, phát LFTx , lRTx

+ Suy hao do phiđơ giữa máy phát và anten LFTx : là sự suy hao
tạo nên bởi các phiđơ dẫn song và các đầu nối.
+ Suy hao do phiđơ giữa máy thu và anten LRTx : là suy hao tạo
nên bởi các phiđơ dẫn sóng và các đầu nối.
- 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
LT ( dB ) =12*(α T / θ3dB ) 2

LR ( dB ) =12*(α R / θ3dB ) 2

Trong đó :

α T là độ lệch hướng của anten phát
α R là độ lệch hướng của anten thu.
θ3dB 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 coi góc γ là góc giữa hai mặt sóng thì suy hao
do lệch phân cực được biểu diễn như sau:
LPOL = 20*lg(cosγ )
Thực tế thì thường lấy: LPOL = 3dB đối với phân cực tròn.

Từ những lý do trên ta nhận thấy 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 ta thấy vùng biển các nước Đông Nam Á nằm trong hai vùng phủ
sóng của vệ tinh 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.


CHƯƠNG III:
TÍNH TOÁN SUY HAO ĐƯỜNG TRUYỀN
TRÊN TUYẾN THÔNG TIN VỆ TINH CỦA MỘT TRẠM LES
ĐẶT TẠI TP.HỒ CHÍ MINH
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.