Báo cáo thực hành môn thông tin vệ tinh

BÀI 1
KHẢO SÁT SUY HAO TRONG KHÔNG GIAN TỰ DO

I. MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM
Bài thí nghiệm giúp sinh viên nắm rõ về các yếu tố ảnh hưởng lên sự suy hao
của sóng vô tuyến truyền trong không gian tự do. Từ đó, sinh viên có thể phân tích
và tính toán sự tác động của suy hao trong không gian tự do lên tuyến truyền dẫn
thông tin vệ tinh. Ngoài ra, bài thí nghiệm còn giúp sinh viên khả năng mô hình
hóa và mô phỏng các vấn đề kỹ thuật sử dụng MATLAB.
II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Trong viễn thông, suy hao trong không gian tự do là sự suy giảm của năng
lượng sóng vô tuyến giữa bên thu so với bên phát do kích thước của anten thu
không đủ lớn để thu hết toàn bộ sóng điện từ do bên phát phát đi. Suy hao này đặc
biệt lớn đối với các các tuyến truyền dẫn với cự ly xa.
Đối với vệ tinh địa tĩnh ở độ cao 35.768 km, cự ly thông tin cho một tuyến lên
hay một tuyến xuống gần nhất là 35.768 km. Do cự ly truyền sóng trong thông tin
vệ tinh lớn như vậy nên suy hao trong không gian tự do là suy hao lớn nhất. Gọi
suy hao này là ��� được xác định theo công thức (1.1).
(1.1)
trong đó:

d là chiều dài của một tuyến lên hay xuống tính bằng đơn vị m.

λ là bước sóng công tác tính bằng đơn vị m.

Tính bằng đơn vị đề-xi-ben, suy hao trong không gian tự do được tính theo công
thức (1.2).


(1.2)

trong đó: � = 3 × 108 �/� là vận tốc ánh sang.
Với các d tinh bằng m và f tính bằng Hz thì suy hao trong không gian tự do tính
theo công thức (1.3) bằng đơn vị dB

(1.3)

Nếu f tính bằng GHz và � tính bằng km thì suy hao trong không gian tự do được
tính theo công thức (1.4)
��� = 20 log10 � + 20 log10 � + 92.5

(1.4)

Nếu f tính bằng kHz và � tính bằng m thì suy hao trong không gian tự do được
tính theo công thức (1.5)
��� = 20 log10 � + 20 log10 � − 87.55

(1.5)

Nếu f tính bằng MHz và � tính bằng m thì suy hao trong không gian tự do được
tính theo công thức (1.6)
��� = 20 log10 � + 20 log10 � − 27.55

(1.6)

Nếu f tính bằng MHz và � tính bằng km thì suy hao trong không gian tự do
được tính theo công thức (1.7)
��� = 20 log10 � + 20 log10 � + 32.45

(1.7)

Suy hao không gian tự do của tuyến lên hay xuống khi công tác ở băng C vào
khoảng 200 dB, băng Ku, Ka thường lớn hơn 200 dB. Để bù vào suy hao này, đảm
bảo cho máy thu nhận được một tín hiệu đủ lớn cỡ -90 dBm đến -60 dBm, người ta
sử dụng anten có đường kính đủ lớn hàng chục mét để có hệ số tăng ích lớn
khoảng 60 dBi và máy phát có công suất lớn hàng trăm đến hàng ngàn watt.
Ngoài suy hao chính trong không gian tự do còn có các suy hao khác tuy không
lớn nhưng khi tính toán tuyến thông tin vệ tinh mà ta không xét hết các khả năng
xấu nhất do ảnh hưởng của môi trường truyền sóng thì khi xảy ra các hiện tượng
đó chất lượng thông tin sẽ xấu đi và có thể làm gián đoạn thông tin.
III. THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM
Máy tính có cài sẵn phần mềm Matlab phiên bản 7.0 trở lên. Yêu cầu về cấu
hình tối thiểu:
+ Bộ vi xử lý Pentium
+ Hệ điều hành Windows XP (Service Pack 1, 2 hoặc 3)
+ Card màn hình tối thiểu 256 màu
+ Dung lượng ổ cứng trống 1Gb, và tới 2,1Gb nếu cài đặt Matlab đầy đủ +
Bộ nhớ RAM 512Mb
IV. CÁC BƯỚC TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM
1 Viết chương trình định nghĩa hàm suy hao trong không gian tự do fspl
- Khởi động phần mềm Matlab
- Khởi tạo của sổ soạn thảo Editor bằng các chọn Menu File -> New -> MFile
- Gõ theo chương trình mẫu sau vào cửa sổ soạn thảo (Editor) và ghi lại theo
tên tệp là fspl.m.
----------------------------------------------------------------------------------------------------


function [L] = fspl(f,d)
% Neu f tinh bang[GHz] va d tinh bang[km]
L = 20*log10(f)+20*log10(d)+92.5

% Neu f tinh bang[Hz] va d tinh bang[m]
% L = 20*log10(f)+20*log10(d)-147.55
% Neu f tinh bang[kHz] va d tinh bang[m]
% L = 20*log10(f)+20*log10(d)-87.55
% Neu f tinh bang[MHz] va d tinh bang[m]
% L = 20*log10(f)+20*log10(d)-27.55
% Neu f tinh bang[MHz] va d tinh bang[km]
% L = 20*log10(f)+20*log10(d)-32.45
end
---------------------------------------------------------------------------------------------------2 Viết chương trình tính suy hao trong không gian tự do phụ thuộc vào khoảng
cách và tần số công tác
- Khởi động phần mềm Matlab
- Khởi tạo của sổ soạn thảo Editor bằng các chọn Menu File -> New -> M-File
- Gõ theo chương trình mẫu sau vào cửa sổ soạn thảo (Editor) và ghi lại theo tên
tệp là Suy_hao_KGTD.m.
---------------------------------------------------------------------------------------------------fc = input('Nhap gia tri tan so cong tac [GHz]: ')
d = input('Nhap cu ly tuyen truyen dan [km]: ')
L = fspl(d,fc)
---------------------------------------------------------------------------------------------------Thực hiện chương trình trên, vào Command window nhập:
- Giá trị tần số công tác 26 GHz
- Cự ly tuyến truyền dẫn 3600 km
Thu được kết quả như sau:
>> Suy_hao_KGTD
Nhap gia tri tan so cong tac [GHz]: 20
fc =


20
Nhap cu ly tuyen truyen dan [km]: 3600
d=

3600
L=
189.6466
L=
189.6466
>>
Nhận xét: kết quả thực hiện tính toán suy hao bằng phần mềm đúng với kết quả
tính toán theo lý thuyết.
3. Vẽ đồ thị suy hao trong không gian tự do phụ thuộc vào tần số
- Khởi động phần mềm Matlab
- Khởi tạo của sổ soạn thảo Editor bằng các chọn Menu File -> New ->
MFile
- Gõ theo chương trình mẫu sau vào cửa sổ soạn thảo (Editor) và ghi lại
theo tên tệp là Suy_hao_KGTD_f.m.
- Nhận xét và phân tích đồ thị phụ thuộc thu được.
---------------------------------------------------------------------------------------------------% Tan so cong tac trong dai tu 1 den 100 GHz
fc = 1:0.01:100;
d = input('Nhap cu ly tuyen truyen dan[km]: ')
L = fspl(d,fc)
% Ve do thi phu thuoc suy hao KGTD theo tan so
plot(fc,L)
xlabel('Tan so (GHz)')
ylabel('Suy hao (dB)')
----------------------------------------------------------------------------------------------------


Chọn cự ly tuyến truyền dẫn là d = 4000 km và chạy chương trình, ta thu được
đồ thị phụ thuộc suy hao không gian tự do theo tần số như hình sau:

Hình 1. Suy hao KGTD theo tần số

Nhận xét: Qua quan sát đồ thị phụ thuộc suy hao KGTD theo tần số ta nhận thấy
rằng: Với tần số công tác tăng thì suy hao KGTD tăng dần. Do đó, để giảm suy hao
KGTD ta cần giảm tần số công tác.
4. Vẽ đồ thị suy hao trong không gian tự do phụ thuộc vào khoảng cách
M-

Khởi động phần mềm Matlab
Khởi tạo của sổ soạn thảo Editor bằng các chọn Menu File -> New ->

File
-

Gõ theo chương trình mẫu sau vào cửa sổ soạn thảo (Editor) và ghi lại

theo tên tệp là Suy_hao_KGTD_d.m.
-

Nhận xét và phân tích đồ thị phụ thuộc thu được


---------------------------------------------------------------------------------------------------fc = input('Nhap tan so cong tac [GHz]: ');
% Cu ly tuyen truyen dan tu 100 den 40000 km
d = 100:1:40000;
L = fspl(d,fc) ;
% Ve do thi phu thuoc suy hao KGTD theo cu ly
plot(d,L)
xlabel('Cu ly truyen dan (Km)')
ylabel('Suy hao (dB)')
grid
---------------------------------------------------------------------------------------------------Chọn tần số công tác fc = 9 GHz, với cự ly truyền dẫn từ 100 đến 40000km và

chạy chương trình, ta thu được đồ thị phụ thuộc suy hao không gian tự do theo tần
số như hình sau:

Hình 2. Đồ thị suy hao KGTD theo cự ly truyền dẫn


Nhận xét: Qua quan sát đồ thị phụ thuộc suy hao KGTD theo khoảng cách ta
nhận thấy rằng: Với cự ly tuyến truyền dẫn tăng thì suy hao KGTD tăng dần. Do
đó, để giảm suy hao KGTD ta cần giảm cự ly truyền dẫn.
V. KẾT LUẬN
Sau khi hoàn thành bài thí nghiệm này sinh viên nắm vững kiến thức về suy hao
trong không gian tự do và sự ảnh hưởng của nó lên tuyến truyền dẫn.
Nội dung báo cáo thể hiện rõ: Mục đích yêu cầu của bài thí nghiệm, tóm tắt lý
thuyết, các bước thực hiện và nhận xét kết quả thu được.
Trả lời các câu hỏi kiểm tra dưới đây:
1

Trình bày về nguyên nhân gây suy hao trong không gian tự do?

Nguyên nhân gây suy hao trong không gian tự do là:
-

Do tần số công tác
Do cự ly tuyến truyền dẫn

2
Để giảm suy hao trong không gian tự do cần thực hiện những biện
pháp nào?
Để giảm suy hao trong không gian tự do cần giảm tần số công tác và giảm cự ly
tuyến truyền dẫn.

BÀI 2
SUY HAO DO MƯA TRONG TUYẾN THÔNG TIN VỆ TINH

I.

MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM
Bài thí nghiệm giúp sinh viên nắm rõ về các yếu tố ảnh hưởng lên sự suy hao
của sóng vô tuyến truyền do mưa. Từ đó, sinh viên có thể phân tích và tính toán sự
tác động của suy hao do mưa lên tuyến truyền dẫn thông tin vệ tinh. Ngoài ra, bài
thí nghiệm còn giúp sinh viên khả năng mô hình hóa và mô phỏng các vấn đề kỹ
thuật sử dụng Matlab.
II.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Suy hao do mưa có tác động mạnh đến chât lượng tín hiệu của của tuyến
thông tin vệ tinh. Suy hao này phụ thuộc vào lượng mưa trung bình, tần số và góc
ngẩng của anten trạm mặt đất. Để xác định suy hao do mưa, các phương pháp dự
đoán tiến hành theo các bước:
(1) Dự đoán phân bố xác suất lượng mưa
(2) Tính tổn hao sóng do mưa dựa vào hệ số hấp thụ đã đượ xác định.
Hệ số tổn hao do mưa, γR, được tính từ lượng mưa trung bình Ravg theo biểu
thức (2.1).
γR = k.[dB/km]

(2.1)

Trong đó, k và α là các hệ số phụ thuộc vào tần số và sự phân cực của sóng. Đối
với sóng có phân cực thẳng và phân cực tròn thì biểu thức để tính hệ số k và α như
(2.2 a) và (2.2 b).

k = [kh+kv+(kh-kv)cos2θcos2τ]/2
α = [khαh+ kvαv+( khαh-kvαv) cos2θcos2τ]/2k

(2.2 a)
(2.2 b)


Trong đó, θe là góc ngẩng của anten và τ là góc nghiêng phân cực so với mặt ngang
( τ sẽ có giá trị bằng 450 nếu là phân cực tròn). Các giá trị kh, αh, kv, αv được xác
định như bảng 2.1.
Bảng 2.1. Các hệ số hồi quy để xác định tổn hao sóng do mưa (ITU-R)
Tần số (GHz)

kh

kv

αh

αv

4

0.0000650

0.0000591

1.21

1.075

6

0.000175

0.00155

1.308

1.265

10

0.101

0.00887

1.308

1.264

12

0.0188

0.0168

1.217

1.200

15

0.0367

0.0335

1.154

1.128

20

0.0751

0.0691

1.099

1.065

30

0.187

0.167

1.021

1.000

Suy hao do mưa được xác định theo công thức (2.3)
LR = γrLeff = γR [dB]
(2.3)
Trong đó, Leff là quãng đường sóng truyền trong vùng mưa (km) và L độ dày của
vùng có mưa (km).
III.

IV.

THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM
Máy tính có cài sẵn phần mềm Matlab phiên bản 7.0 trở lên. Yêu cầu về cấu
hình tối thiểu:
+ Bộ vi xử lý Pentium
+ Hệ điều hành Windows XP (Service Pack 1, 2 hoặc 3)
+ Card màn hình tối thiểu 256 màu
+ Dung lượng ổ cứng trống 1Gb, và tới 2,1Gb nếu cài đặt Matlab đầy đủ
+ Bộ nhớ RAM 512Mb
CÁC BƯỚC TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM
1.Viết chương trình định nghĩa hàm suy hao trong không gian tự do rainpl
- Khởi động phần mềm Matlab
- Khởi tạo của sổ soạn thảo Editor bằng các chọn Menu File -> New -> M-File


- Gõ theo chương trình mẫu sau vào cửa sổ soạn thảo (Editor) và ghi lại theo tên
tệp là rainpl.m.
---------------------------------------------------------------------------------------------------function [L] = rainpl(range,freq,rainrate,elev,tau)
freq = [1 1.5 2 2.5 3 4 5 6 7 8 9 10 12 15 20 25 30 35
40 45 50 60 70 80 90 100 120 150 200 300 400];
kh = [0.0000387 0.0000868 0.0001543 0.0002416 0.0003504

0.0006479 0.0011030 0.001813 0.002915 0.004567 0.006916
0.010060 0.01882 0.03890 0.07504 0.1237 0.1864 0.2632
0.3504 0.4426 0.5346 0.7039 0.8440 0.9552 1.0432 1.1142
1.2218 1.3293 1.4126 1.3737 1.6163];
kv = [0.0000352 0.0000784 0.0001388 0.0002169 0.0003145
0.0005807 0.0009829 0.001603 0.002560 0.003996 0.006056
0.008853 0.01680 0.03362 0.06898 0.1125 0.1673 0.2341
0.3104 0.3922 0.4755 0.6347 0.7735 0.8888 0.9832 1.0603
1.1766 1.2886 1.3764 1.3665 1.3059];
ah = [0.9122 0.9341 0.9629 0.9873 1.0185 1.1212 1.2338
1.3068 1.3334 1.3275 1.3044 1.2747 1.2168 1.1549 1.0995
1.0604 1.0202 0.9789 0.9394 0.9040 0.8735 0.8266 0.7943
0.7719 0.7557 0.7434 0.7255 0.7080 0.6930 0.6862
0.6840];
av = [0.8801 0.8905 0.9230 0.9594 0.9927 1.0749 1.1805
1.2662 1.3086 1.3129 1.2937 1.2636 1.1994 1.1275 1.0663
1.0308 0.9974 0.9630 0.9293 0.8981 0.8705 0.8263 0.7948
0.7723 0.7558 0.7434 0.7257 0.7091 0.6948 0.6869
0.6849];
k =(kh + kv + (kh kv)*((cosd(elev))^2)*cosd(2*tau))/2;
alpha = (kh.*ah + kv.*av + (kh.*ah kv.*av)*((cosd(elev))^2)*cosd(2*tau))./(2.*k);
gammaR = k.*(rainrate.^alpha);
L = gammaR.*range/sind(elev);
end
---------------------------------------------------------------------------------------------------2. Vẽ đồ thị suy hao do mưa phụ thuộc vào tần số
- Khởi động phần mềm Matlab
- Khởi tạo của sổ soạn thảo Editor bằng các chọn Menu File -> New -> M-File


- Gõ theo chương trình mẫu sau vào cửa sổ soạn thảo (Editor) và ghi lại theo tên

tệp là Suy_hao_rain_f.m.
- Nhận xét và phân tích đồ thị phụ thuộc
---------------------------------------------------------------------------------------------------rainrate = 3.0;
freq = [1 1.5 2 2.5 3 4 5 6 7 8 9 10 12 15 20 25 30 35
40 45 50 60 70 80 90 100 120 150 200 300 400];
elev = 45;
tau = 0;
range = 10000;
L = rainpl(range,freq,rainrate,elev,tau);
loglog(freq,L)
grid
xlabel('Frequency (GHz)')
ylabel('Attenuation (dB) ')
---------------------------------------------------------------------------------------------------Kết quả thu được:

3.Viết chương trình định nghĩa hàm suy hao do mưa phụ thuộc vào góc
ngẩng rainpl_1


- Khởi động phần mềm Matlab
- Khởi tạo của sổ soạn thảo Editor bằng các chọn Menu File -> New -> M-File
- Gõ theo chương trình mẫu sau vào cửa sổ soạn thảo (Editor) và ghi lại theo tên
tệp là rainpl_1.m.
---------------------------------------------------------------------------------------------------function [L] = rainpl_1(range,rr,elev,tau)
kh = [0.001813];
kv = [0.001603];
ah = [1.3068];
av = [1.2662];
k = (kh + kv + (kh kv).*(cosd(elev).*cosd(elev))*cosd(2*tau))/2;
alpha = (kh*ah + kv*av + (kh*ah kv*av)*(cosd(elev).*cosd(elev))*cosd(2*tau))./(2.*k);

gammaR = k.*(rr.^alpha);
L = gammaR.*range./sind(elev);
end
---------------------------------------------------------------------------------------------------4. Vẽ đồ thị suy hao do mưa phụ thuộc vào góc ngẩng
- Khởi động phần mềm Matlab
- Khởi tạo của sổ soạn thảo Editor bằng các chọn Menu File -> New -> M-File
- Gõ theo chương trình mẫu sau vào cửa sổ soạn thảo (Editor) và ghi lại theo tên
tệp là Suy_hao_KGTD_elev.m.
- Nhận xét và phân tích đồ thị phụ thuộc thu được
---------------------------------------------------------------------------------------------------clc;
clear all;
rr = 10.0;
elev = [0:1:90];
freq = 100;
range = 100000*ones(size(elev));
L = rainpl_1(range,freq,rr,elev);
plot(elev,L)
grid


xlabel('Path Elevation (degrees)')
ylabel('Attenuation (Db)')
---------------------------------------------------------------------------------------------------Kết quả thu được:

5.Viết chương trình định nghĩa hàm suy hao do mưa phụ thuộc vào phân cực
sóng rainpl_2
- Khởi động phần mềm Matlab
- Khởi tạo của sổ soạn thảo Editor bằng các chọn Menu File -> New -> M-File
- Gõ theo chương trình mẫu sau vào cửa sổ soạn thảo (Editor) và ghi lại theo tên
tệp là rainpl_2.m.

---------------------------------------------------------------------------------------------------function [L] = rainpl_2(r,rr,elev,tau)
%f = 100;
kh = [1.1142];
kv = [1.0603];
ah = [0.7434];
av = [0.7434];
k = (kh + kv + (kh kv)*(cosd(elev)*cosd(elev)).*cosd(2*tau))/2;


alpha = (kh*ah + kv*av + (kh*ah kv*av)*(cosd(elev)*cosd(elev)).*cosd(2*tau))./(2.*k);
gammaR = k.*(rr.^alpha);
L = gammaR.*r./sind(elev);
end
---------------------------------------------------------------------------------------------------6. Vẽ đồ thị suy hao do mưa phụ thuộc phân cực sóng
- Khởi động phần mềm Matlab
- Khởi tạo của sổ soạn thảo Editor bằng các chọn Menu File -> New -> M-File
- Gõ theo chương trình mẫu sau vào cửa sổ soạn thảo (Editor) và ghi lại theo tên
tệp là Suy_hao_KGTD_elev.m.
- Nhận xét và phân tích phổ phụ thuộc thu được
---------------------------------------------------------------------------------------------------clc;
clear all;
tau = [-90:1:90];
elev = 0;
f = 100;
r = 1*ones(size(tau));
rr = 10;
L = rainpl_2(r, f, rr, tau);
plot(tau,L);
grid;
xlabel('Title Angle (degree)');

ylabel('Attenuation (Db)')
---------------------------------------------------------------------------------------------------Kết quả đạt được:


V.

KẾT LUẬN
Sau khi hoàn thành bài thí nghiệm này sinh viên nắm vững kiến thức về suy
hao do mưa và sự ảnh hưởng của nó lên tuyến truyền dẫn.


BÀI 3
SUY HAO DO SƯƠNG MÙ VÀ MÂY TRONG
TUYẾN THÔNG TIN VỆ TINH
I.

II.

III.

IV.

MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM
Bài thí nghiệm giúp sinh viên nắm rõ về các yếu tố ảnh hưởng lên sự suy
hao của sóng vô tuyến truyền do sương mù và mây. Từ đó, sinh viên có thể phân
tích và tính toán sự tác động của suy hao do sương mù và mây lên tuyến truyền dẫn
thông tin vệ tinh. Ngoài ra, bài thí nghiệm còn giúp sinh viên khả năng mô hình
hóa và mô phỏng các vấn đề kỹ thuật sử dụng Matlab.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Các sóng vô tuyến có tần số lớn hơn 20 GHz khi truyền trong tầng đối lưu sẽ

va chạm với các phần tử Oxy và hơi nước làm giảm đáng kể năng lượng của nó.
Suy hao như vậy được gọi là suy hao do hấp thụ phân tử. Suy hao do hấp thụ phân
tử LG phụ thuộc vào chiều cao của lớp oxy (Lo) và hơi nước (Ln) trong tâng đối
lưu cũng như góc ngẩng anten mặt đất và độ ẩm không khí.
Công thức tính suy hao do hấp thụ phan tử như (3.1).
LG = (γ0L0 + γnLn) / sinθe
(3.1)
Trong đó, γ0 và γn là hệ số hấp thụ của oxy và hơi nước [dB/km].
THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM
Máy tính có cài sẵn phần mềm Matlab phiên bản 7.0 trở lên. Yêu cầu về cấu
hình tối thiểu:
+ Bộ vi xử lý Pentium
+ Hệ điều hành Windows XP (Service Pack 1, 2 hoặc 3)
+ Card màn hình tối thiểu 256 màu
+ Dung lượng ổ cứng trống 1Gb, và tới 2,1Gb nếu cài đặt Matlab đầy đủ
+ Bộ nhớ RAM 512Mb
CÁC BƯỚC TIẾN HNAHF THÍ NGHIỆM
1.Viết chương trình định nghĩa hàm suy hao trong không gian tự do fogpl
- Khởi động phần mềm Matlab
- Khởi tạo của sổ soạn thảo Editor bằng các chọn Menu File -> New -> M-File
- Gõ theo chương trình mẫu sau vào cửa sổ soạn thảo (Editor) và ghi lại theo tên
tệp là fogpl.m.
---------------------------------------------------------------------------------------------------function [L] = fogpl (R,f,T,den)


Teta = 300/T;
Ep0 = 77.66+103.3*(Teta-1);
Ep1 = 0.0671*Ep0;
Ep2 = 3.52;
fp = 20.20-146*(Teta-1)+316*(Teta-1)^2;

fs = 39.8*fp;
E1 = ((Ep0-Ep1)/(1+(f/fp)^2))+((Ep1-Ep2)/(1+(f/fs)^2))
+Ep2;
E2 = f*(Ep0-Ep1)/fp*(1+(1/fp)^2)+ f*(Ep1-Ep2)/fs*(1+
(f/fs)^2);
nuy = (2+E1)/E2;
K1 = (0.819*f)/(E2*(1+nuy^2));
gamma_C = K1*den;
L = gamma_C*R;
end
---------------------------------------------------------------------------------------------------2. Vẽ đồ thị suy hao do mây và sương mù phụ thuộc vào tần số
- Khởi động phần mềm Matlab
- Khởi tạo của sổ soạn thảo Editor bằng các chọn Menu File -> New -> M-File
- Gõ theo chương trình mẫu sau vào cửa sổ soạn thảo (Editor) và ghi lại theo tên
tệp là Suy_hao_KQ_f.m.
- Nhận xét và phân tích đồ thị phụ tuộc thu được
---------------------------------------------------------------------------------------------------R = 1000.0;
f = 1:100;
T = 20;
lwd = 0.5;
L = fogpl(R,f,T,lwd);
loglog(f,L)
grid
xlabel ('Tan so (GHz) ')
ylabel('Suy hao (dB/km) ')
---------------------------------------------------------------------------------------------------Kết quả thu được:


3. Vẽ đồ thị suy hao do mây và sương mù phụ thuộc vào mật độ hạt nước và
sương mù

- Khởi động phần mềm Matlab
- Khởi tạo của sổ soạn thảo Editor bằng các chọn Menu File -> New -> M-File
- Gõ theo chương trình mẫu sau vào cửa sổ soạn thảo (Editor) và ghi lại theo tên
tệp là Suy_hao_KQ_den.m.
- Nhận xét và phân tích đồ thị phụ tuộc thu được
---------------------------------------------------------------------------------------------------% 15 degree Celsius
T = 15;
waterdensity = [0.005 0.5];
for m = 1:numel(waterdensity)
fogloss(:,m) = fogpl(R,f,T,waterdensity(m))';
end
loglog(f,fogloss);
grid
legend('Medium fog', 'Heavy fog');
xlabel ('Tan So (GHz)');
ylabel ('Suy hao KQ (dB/km)')


title('Suy hao KQ');
---------------------------------------------------------------------------------------------------Kết quả thu được:

V.

KẾT LUẬN
Sau khi hoàn thành bài thí nghiệm này sinh viên nắm vững kiến thức về suy
hao do sương mù, mây và sự ảnh hưởng của nó lên tuyến truyền dẫn.


BÀI 4
SUY HAO DO HẤP THỤ PHÂN TỬ TRONG THÔNG TIN VỆ TINH

I.

MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM
Bài thí nghiệm giúp sinh viên nắm rõ về suy hao do hấp thụ phân tử trong
tuyến thông tin vệ tinh. Đồng thời, sinh viên được trang bị kỹ năng mô hình hóa và
mô phỏng các vấn đề kỹ thuật sử dụng Matlab.

II.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Các sóng vô tuyến có bước sóng ngắn hơn 1,5 cm (f >20 GHz) thì sự hấp thụ
của sóng còn do tác động trường của sóng đến các phân tử khí trong tầng đối lưu.
Các dạng hấp thụ đó được gọi là hấp thụ phân tử và được quan sát xem xét trong
điều kiện trời trong, không mưa và không mây mù. Trong trường hợp này năng
lượng sóng truyền lan bị tiêu hao do đốt nóng vật thể, ion hóa hoặc kích thích các
nguyên tử, kih dưới dạng hóa quang. Khi hấp thụ, các nguyên tử và phân tử chuyển
từ trạng thái năng lượng tấp đến trạng thái năng lượng cao. Do phần lớn các mức
năng lượng có tính rời rạc cho nên các quá trình chuyển hóa các mức năng lượng
cũng có đặc tính cộng hưởng chọn lọc, và do đó hấp thụ sóng vô tuyến trong
trường hợp này cũng có tính chọn lọc. Có nghĩa là sẽ có những tần số mà ở đó hệ
số hấp thụ sẽ bé hơn một cách đột ngột chứ không tăng theo quy luật.
Trong các phân tử khí trong tầng đối lưu gây ra hấp thụ sóng vô tuyến thì
chủ yếu oxy và hơi nước. Qua nhiều nghiên cứu và thực nghiệm thấy rằng, trong
dải sóng cm và mm thì oxy và hơi nước có những giá trị cộng hưởng ( hấp thụ lớn
đột xuất) đối với các bước sóng như sau:
λ = 1.35 cm – hấp thụ trong hơi nước
λ = 0.5 cm – hấp thụ trong O2
λ = 0.25 cm – hấp thụ trong O2
λ = 1.5 cm – hấp thụ trong hơi nước
λ = 0.75 cm – hấp thụ trong hơi nước

Hình 3.1 mô tả giá trị hệ số hấp thụ δ (dB/km) phụ thuộc và tần số, trong dải
tần từ 1 GHz ( λ=30 cm) đến 500 GHz (λ=0,6 mm). Từ đồ thị cho thấy rằng , có
vốn vùng cộng hưởng của hấp thụ mà ở đó giá trị hấp thụ đặc biệt lớn hơn.
Hình 3.1 mô tả hệ số hấp thụ sóng trong không khí và hơi nước dải tần 1-500 GHz
Nếu như sự hấp thụ do oxy là một giá trị có tính chất ổn định, không biến
đổi bao nhiêu thì thường người ta quan tâm đến hơi nước, vì nó thay đổi phụ thuộc
vào độ ẩm của không khí. Giá trị tuyệt đối của độ ẩm không khi tiến đến bão hòa
(giá trị giới hạn của độ ẩm) còn phụ thuộc vào nhiệt độ không khí. Bảng 3.1 mô tả
giá trị hệ số hấp thụ tuyệt đối của độ ẩm đạt đến bão hòa tương ứng với các nhiệt
độ khác nhau. Độ ẩm không khí phụ thuộc vào các điều kiện khí tượng thủy văn
của từng vùng địa lý cụ thể trên trái đất.
Bảng 3.1 Sự phụ thuộc các giá trị giới hạn của độ ẩm tuyệt đối Q và nhiệt độ
t0C
Q (g/m3)
-10
2.14
-5
3.24
0
4.86
5
6.8
10
9.4
15
12.8
20
17.3

25
23.0


III.

CÁC THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM
Máy tính có cài sẵn phần mềm Matlab phiên bản 7.0 trở lên. Yêu cầu về cấu

hình tối thiểu:
+ Bộ vi xử lý Pentium
+ Hệ điều hành Windows XP (Service Pack 1, 2 hoặc 3)
+ Card màn hình tối thiểu 256 màu
+ Dung lượng ổ cứng trống 1Gb, và tới 2,1Gb nếu cài đặt Matlab đầy đủ
+ Bộ nhớ RAM 512Mb
IV. CÁC BƯỚC THÍ NGHIỆM
1. Viết chương trình thể hiện phổ suy hao do hấp thụ phân tử theo tần số
- Khởi động phần mềm Matlab
- Khởi tạo của sổ soạn thảo Editor bằng các chọn Menu File -> New -> M-File
- Gõ theo chương trình mẫu sau vào cửa sổ soạn thảo (Editor) và ghi lại theo tên
tệp là hapthupt_f.m.
---------------------------------------------------------------------------------------------------freq = [1:1000]*1e9;
R = 1000.0;
T = 15;
P = 101300;
W = 7.5;
L = gaspl(R,freq,T,P,W);
L0 = gaspl(R,freq,T,P,0);
semilogy(freq/1e9,L)
hold on

semilogy(freq/1e9,L0)
grid
xlabel('Frequency (GHz)')
ylabel('Specific Attenuation (dB)')
hold off;
---------------------------------------------------------------------------------------------------Kết quả đạt được:


2. Viết chương trình thể hiện phổ hệ số suy hao do hấp thụ phân tử theo tần số
- Khởi động phần mềm Matlab
- Khởi tạo của sổ soạn thảo Editor bằng các chọn Menu File -> New -> M-File
- Gõ theo chương trình mẫu sau vào cửa sổ soạn thảo (Editor) và ghi lại theo tên
tệp là hshapthupt_f.m.
---------------------------------------------------------------------------------------------------T = 20.0;
Patm = 101.325e3;
rho_wv = 7.5;
km = 1000.0;
c = physconst('LightSpeed');
freqs = [1:1000]*1e9;
loss = gaspl(km,freqs,T,Patm,rho_wv);
semilogy(freqs/1e9,loss)
grid on
xlabel('Frequency (GHz)')
ylabel('Specific attenuation (dB/km)')
---------------------------------------------------------------------------------------------------Kết quả đạt được:


3. Viết chương trình thể hiện phổ suy hao tổng hợp
- Khởi động phần mềm Matlab
- Khởi tạo của sổ soạn thảo Editor bằng các chọn Menu File -> New -> M-File

- Gõ theo chương trình mẫu sau vào cửa sổ soạn thảo (Editor) và ghi lại theo tên
tệp là htpt_fsl.m.
---------------------------------------------------------------------------------------------------ranges = [1:100]*1000;
freq_xband = 10e9;
loss_gas = gaspl(ranges,freq_xband,T,Patm,rho_wv);
lambda = c/freq_xband;
loss_fsp = fspl(ranges,lambda);
semilogx(ranges/1000,loss_gas +
loss_fsp.',ranges/1000,loss_fsp)
legend('Atmospheric + Free Space Loss','Free Space
Loss','Location','SouthEast')
xlabel('Range (km)')
ylabel('Loss (dB)')
---------------------------------------------------------------------------------------------------Kết quả đạt được: