Xây dựng phần mềm mô phỏng các thông số đường truyền của hệ thống vệ tinh nhỏ quan sát trái đất

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

Bùi Quang Huy

XÂY DỰNG PHẦN MỀM MÔ PHỎNG CÁC THÔNG SỐ ĐƢỜNG
TRUYỀN CỦA HỆ THỐNG VỆ TINH NHỎ QUAN SÁT TRÁI ĐẤT
Chuyên ngành: Vâ ̣t lý Vô tuyế n và Điê ̣n tử
Mã số: 60440105
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS. Đỗ Trung Kiên

Hà Nội – Năm 2017


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ..........................................................................................................1
Chương 1 - TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH .........3
1.1

Cấu trúc tổng quan hệ thống thông tin vệ tinh ....................................3

1.1.1. Phần không gian ..............................................................................3
1.1.2. Phần mặt đất ....................................................................................6
1.2

Cấu trúc đặc trưng của hệ thống vệ tinh nhỏ quan sát trái đất ............7

1.2.1. Cấu trúc hệ thống thu phát tín hiệu trên vệ tinh nhỏ .......................7
1.2.2. Cấu trúc hệ thống thu phát tín hiệu của trạm mặt đất băng S .......10
Chương 2 - TÍN HIỆU VÀ CÁC ĐẶC TRƯNG TÍN HIỆU TRONG
THÔNG TIN VỆ TINH ...........................................................12
2.1 Đặc điểm của tín hiệu trong thông tin vệ tinh ......................................12
2.2 Đặc điểm Kênh truyền và phân tích tuyến Trạm mặt đất - vê ̣ tinh......14
2.2.1. Các ảnh hưởng của tầng khí quyển đến kênh truyền ....................14
2.2.2. Hấ p thu ̣ phân tử .............................................................................17
2.2.3. Tổ n hao do hấ p thu ̣ mưa ................................................................17
2.3

Các tham số cơ bản của tuyến liên lạc thông tin vệ tinh ...................20

2.3.1. Các tham số của anten ................................................................20
2.3.2. Đồ thị phương hướng bức xạ của anten ......................................21
2.3.3. Sự phân cực của sóng .................................................................21
2.3.4. Công suất bức xạ đẳng hướng tương đương ...............................22
2.3.5. Công suấ t tín hiê ̣u thu đươ ̣c và tổ n hao truyề n sóng trong không
gian tự do ....................................................................................23


2.3.6. Công suấ t tín hiê ̣u thu đươ ̣c có tính đế n tổ n hao hấ p thu ̣ và ảnh
hưởng của tầ ng khí quyể n ...........................................................24
2.3.7. Tính toán dự trữ tuyến có tính đến các tổn hao khác ..................25
2.4 Công suất tạp âm và đánh giá chất lượng đường truyền ......................25
2.4.1. Tạp âm trên tuyến thông tin vệ tinh ..............................................25
2.4.2. Chất lượng đường truyền vệ tinh ..................................................27
Chương 3 - XÂY DỰNG PHẦN MỀM TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ
ĐƯỜNG TRUYỀN VÔ TUYẾN.............................................29
3.1 Các thông số đầu vào ............................................................................30

3.2 Một số công thức sử dụng trong việc tính toán quỹ đường truyền ......31
KẾT LUẬN ....................................................................................................39


DANH MỤC BẢNG BIỂU:
Bảng 1. 1: Tên và phân loại sóng vô tuyến ......................................................5
Bảng 1. 2: Các loại anten sử dụng cho vệ tinh nhỏ..........................................7
Bảng 2. 1: Các hệ số hồi qui để xác định tổn hao sóng vô tuyến do mưa
(ITU-R) ..........................................................................................................18
Bảng 3. 1: Thông số quỹ đường truyền của trạm mặt đất băng S ..................30
Bảng 3. 2: Các thông số hệ thống thu phát sóng trên vệ tinh ........................31
Bảng 3. 3: Độ suy hao trong khí quyển tại Hà Nội với tần số của tín hiệu TC
theo ITU-R P.618-7........................................................................................33
Bảng 3. 4: Độ suy hao trong khí quyển tại Hà Nội với tần số của tín hiệu TM
theo ITU-R P.618-7........................................................................................34

DANH MỤC HÌ NH ẢNH:
Hình 1. 1: Cấu trúc tổng quát của một hệ thống vệ tinh ..................................3
Hình 1. 2: Cấu trúc hệ thống thu phát tín hiệu trên vệ tinh nhỏ ....................10
Hình 1. 3: Trạm mặt đất băng S của hệ thống vệ tinh nhỏ Vnredsat-1..........11
Hình 2. 1: Lượng nước mưa trung bình hàng năm ........................................19
Hình 3. 1: Lưu đồ thuật toán tính toán các thông số đường truyền ...............29
Hình 3. 2 : Suy hao không gian tự do theo độ cao quỹ đạo ...........................35
Hình 3. 3 : Liên hê ̣ giữa tỉ số tin
́ hiê ̣u trên ta ̣p âm và tỉ lê ̣ bit lỗi ...................37


LỜI CẢM ƠN
Luận văn thạc sĩ chuyên ngành Vật lý Vô tuyến và Điện tử với đề tài “Xây
dựng phần mềm mô phỏng các thông số đƣờng truyền của hệ thống vệ tinh nhỏ

quan sát Trái Đất” được hoàn thành là nhờ sự giúp đỡ, động viên khích lệ của các
thầy cô, bạn bè đồng nghiệp. Qua trang viết này tác giả xin gửi lời cảm ơn tới
những người đã giúp đỡ tôi trong thời gian hoàn thành luận văn vừa qua.
Tôi xin tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc đối với thầy giáo TS. Đỗ Trung
Kiên đã trực tiếp tận tình giúp đỡ, hướng dẫn và chỉ bảo những thông tin khoa học
cần thiết cho luận văn này.
Xin chân thành cảm ơn KS. Trần Anh Đức - đồng nghiệp, chủ nhiệm Đề tài
cơ sở - Viện Công nghệ Vũ trụ: “Nghiên cứu làm chủ quá trình truyền thông giữa
vệ tinh Vnredsat-1 và Trạm điều khiển mặt đất” và tập thể cán bộ Viện Công nghệ
Vũ trụ - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt nam nơi tôi đang công tác đã
cung cấp các thông tin cần thiết về vệ tinh Vnredsat-1 để giúp tôi hoàn thành luận
văn này.
Xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo trường Đại học Khoa học Tự nhiên, khoa
Vật lý và Bộ môn Vật lý Vô tuyến và Điện tử đã tạo điều kiện cho tôi hoàn thành
tốt công việc nghiên cứu khoa học của mình.

Hà Nội, tháng 12 năm 2017
Bùi Quang Huy


MỞ ĐẦU
Trong những thâ ̣p niên gầ n đây , các hệ thống thông tin vệ tinh ngày càng
phát triển nhanh chóng . Hiê ̣n nay với hàng loa ̣t các loa ̣i hin
̣ vu ̣ do vê ̣ tinh
̀ h dich
cung cấ p trải rô ̣ng trên tấ t c ả các lĩnh vực từ thông tin truyền thông , dự báo thời tiế t,
dẫn đường – đinh
̣ vi ,̣ đánh giá giám sát các nguồ n tài nguyên , điạ giới lañ h thổ cho
tới nghiên cứu khoa ho ̣c . Thông tin vê ̣ tinh có thể cung cấ p không những các dich
̣

vụ dân sự mà cả các dịch vụ quốc phòng

, an ninh, hàng không , hàng hải ,…Ngày

nay, công nghê ̣ vê ̣ tinh đã trở thành mô ̣t trong những thước đo đánh giá trin
̀ h đô ̣
phát triển khoa ho ̣c công nghê ̣ của mô ̣t quố c gia.
Viê ̣t Nam hiê ̣n nay đang ở giai đoa ̣n đầ u phát triển công nghệ vũ trụ . Hiê ̣n
tại, Viê ̣t Nam đang có 02 vê ̣ tinh viễn thông Vinasat -1 (2008) và Vinasat-2 (2012)
có thể cung cấp dịch vụ đường truyền vệ tinh để phát triển các dịch vụ ứng dụng
như dịch vụ thoại, truyền hình, thông tin di động, truyền số liệu, Internet, các dịch
vụ đào tạo và y tế từ xa, truyền tin cho ngư dân trên biển, cung cấp đường truyền
thông tin cho các trường hợp khẩn cấp như thiên tai, bão lụt, đường truyền cho các
vùng sâu, vùng xa, hải đảo; 01 vê ̣ tinh viễn thám Vnredsat -1 (2013) hoạt động trên
quỹ đạo thấp LEO cung c ấp ảnh viễn thám vệ tinh độ phân giải cao phục vụ cho các
nhu cầ u phát triển kinh tế - xã hội, giám sát, ứng phó với thảm hoạ thiên nhiên và
biến đổi khí hậu.
Trong xu thế ngày càng phát triển của công nghệ vệ tinh trên thế giới, việc
sử dụng các vệ tinh nhỏ quan sát Trái đất quỹ đạo LEO nhằm phục vụ cho việc
nghiên cứu khoa học, lập bản đồ, giám sát tài nguyên thiên nhiên… đã trở nên vô
cùng phổ biến. Để thực hiện tốt những nhiệm vụ đó, việc duy trì đảm bảo kênh
thông tin liên lạc giữa vệ tinh và mặt đất là vô cùng cần thiết. Vì vậy , tính toán
thông số đường truyề n giữa vê ̣ tinh và tra ̣m mă ̣t đấ t Hò

a la ̣c là mô ̣t nhiê ̣m vu ̣ đầ u

tiên và thường xuyên của Viện Công nghê ̣ Vũ tru ̣ - Viê ̣n Hàn lâm Khoa ho ̣c và Công
nghê ̣ Viê ̣t Nam. Kênh liên lạc này giúp gửi lệnh điều khiển từ mặt đất lên vệ tinh,
đồng thời giúp trạm mặt đất thu nhận những dữ liệu đo xa về tình trạng vệ tinh cũng

1


như các dữ liệu ảnh vệ tinh gửi về. Phân tích đánh giá kênh thông tin liên lạc được
thực hiện thông qua việc tính toán và mô phỏng các thông số đường truyền.
Các thông số đường truyền bao gồm một bảng tính toán các loại tăng ích và
suy hao, phân tích chi tiết từ các nguồn thu phát, các nguồn nhiễu, sự suy hao tín
hiệu và các hiệu ứng xảy ra đối với tín hiệu trên đường truyền. Các thông số sẽ
được lấy từ các nguồn thống kê hoặc trong các yêu cầu kỹ thuật của hệ thống. Tính
toán quỹ đường truyền là thực hiện việc tính toán ước lượng nhằm mục đích đánh
giá khả năng xảy ra lỗi trên đường truyền.
Các thông số đường truyền thường được tính toán với các điều kiện hoạt
động xấu nhất, ví dụ như khi mặt đất thu tín hiệu từ vệ tinh với góc ngẩng nhỏ nhất,
khoảng cách từ vệ tinh tới trạm mặt đất là xa nhất, với đầy đủ các loại suy hao trên
vệ tinh cũng như trên đường truyền dẫn… để đảm bảo chất lượng đường truyền dẫn
thông tin liên lạc giữa vệ tinh và mặt đất trong mọi điều kiện hoạt động.

2


Chƣơng 1 - TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH
1.1 Cấu trúc tổng quan hệ thống thông tin vệ tinh
Cấu trúc một hệ thống truyền tin vệ tinh gồm hai phần: phần không gian và
phần mặt đất.

Hình 1. 1: Cấu trúc tổng quát của một hệ thống vệ tinh
1.1.1. Phần không gian
Phần không gian của một hệ thống truyền tin vệ tinh bao gồm vệ tinh cùng
các thiết bị đặt trong vệ tinh và các hệ thống các trang thiết bị đặt trên mặt đất để
kiểm tra theo dõi và điều khiển hành trình của vệ tinh (cả hệ thống bám, đo đạc và

điều khiển). Bản thân vệ tinh bao gồm hai phần: Phần thực hiện nhiệm vụ (payload)
và phần thân vệ tinh (platform). Phần thực hiện nhiệm vụ đối với các vệ tinh khác
nhau có cấu trúc hoàn toàn khác nhau tùy thuộc vào nhiệm vụ của vệ tinh trên quỹ
đạo, ví dụ đối với vệ tinh viễn thông thì payload là các bộ phát đáp tín hiệu, đối với
các vệ tinh viễn thám thì payload là hệ thống chụp ảnh, radar, vv…Phần thân vệ
tinh bao gồm hệ thống phục vụ cho cho payload hoạt động, ví dụ như cấu trúc vỏ và
khung vệ tinh, nguồn cung cấp điện, hệ thống điều khiển nhiệt độ, điểu khiển
chuyển hướng, tư thế, quỹ đạo, v.v…[2]

3


Các sóng vô tuyến được truyền từ trạm mặt đất lên vệ tinh được gọi là tuyến
lên (uplink). Vệ tinh thu các sóng từ tuyến lên, xử lý, biến đổi tần số, khuếch đại và
truyền các sóng vô tuyến đó về các trạm mặt đất theo tuyến xuống (downlink). Chất
lượng của một liên lạc qua sóng vô tuyến đó được xác định bởi tỷ số năng lượng
sóng mang trên năng lượng tạp nhiễu C/N của toàn tuyến trong đó bao gồm cả kỹ
thuật điều chế và mã hóa được sử dụng.
Vệ tinh trong trường hợp vệ tinh đóng vai trò là một trạm trung chuyển tín
hiệu giữa các trạm mặt đất và được xem như một nút mạng với hai chức năng chính
sau đây:
-

Khuếch đại các sóng mang thu được từ tuyến lên để sử dụng cho việc truyền
lại trên tuyến xuống. Công suất đầu vào của máy thu vệ tinh có yêu cầu từ
100pW đến 1 nW, còn công suất tại đầu ra của bộ khuếch đại công suất phát
cho tuyến xuống có yêu cầu từ 10 W đến 100W. Như vậy độ tăng ích anten
của bộ phát đáp vệ tinh có yêu cầu từ 100dB đến 130dB. Năng lượng sóng
mang trong băng tần được bức xạ đến các vùng phủ sóng trên bề mặt quả đất
theo các mức EIRP tươn ứng phủ sóng.

-

Thay đổi tần số sóng mang (giữa thu và phát) nhằm tránh một phần công suất
phát tác động trở lại phía đầu vào đầu thu. Khả năng lọc của các bộ lọc đầu
vào đối với tần số sóng mang tuyến xuống, có tính đến độ tăng ích thấp của
anten, cần đảm bảo sự cách biệt khoảng 150dB.
Ngoài hai nhiệm vụ chủ yếu trên thông thường vệ tinh còn có một số chức

năng khác, ví dụ, đối với vệ tinh có nhiều búp sóng hoặc búp sóng quét thì bộ phát
đáp vệ tinh phải có khả năng tạo tuyến sóng mang đến các vùng hoặc điểm phủ
sóng yêu cầu. Trường hợp đối vưới vệ tinh tái sinh thì bộ phát đáp còn có chức năng
điều chế và giải điều chế.
Payload của các vệ tinh viễn thông được đặc trưng bởi các thông số kỹ thuật
sau:
-

Dải tần công tác.

-

Số lượng bộ phát đáp

4


-

Độ rộng dải thông của mỗi bộ phát đáp

-

Phân cực sóng của tuyến lên và tuyến xuống

-

Công suất bức xạ đẳng hướng tương đương (EIRP) hoặc mật độ thông lượng
công suất tạo ra tại biên của vùng phủ sóng phục vụ

-

Mật độ thông lượng công suất bão hòa tại anten thu của vệ tinh (SPD)

-

Hệ số phẩm chất (G/T) của máy thu vệ tinh tại biên của vùng phủ sóng hoặc
giá trị cực đại

-

Vùng phủ sóng yêu cầu

-

Công suất đầu ra của bộ khuếch đại công suất phát

-

Cấu hình dự phòng cho máy thu và bộ khuếch đại công suất phát.
Băng tần phân bổ cho bộ phát đáp vệ tinh có thể từ vài trăm MHz cho đến

vài chục GHz. Băng tần này thường được chia thành các băng tần con (theo phân
định của ITU). Hầu hết các bộ phát đáp thường được thiết kế với dải thông 36MHz,
54 MHz hoặc 72 MHz, trong đó dải thông 36 MHz là chuẩn được dùng phổ biến
cho dịch vụ truyền hình băng C (6/4 GHz). Hiện nay một số loại bộ phát đáp có xử
lý tín hiệu đã được đưa vào sử dụng và như vậy có thể cải thiện được chất lượng tín
hiệu.
Bảng 1. 1: Tên và phân loa ̣i sóng vô tuyế n [2]
STT

Dải tần số

1

3 – 30 KHz

Băng tầ n

(viế t Phân loa ̣i theo

Ứng dụng

tắ t)

bước sóng

Tầ n số rấ t thấ p

Sóng chục

- Vô tuyế n hàng hải

(VLF)

nghìn mét

- Thông tin di đô ̣ng hàng hải
- Vô tuyế n hàng hải

2

30 – 300 KHz

Tầ n số thấ p (LF) Sóng kilomet

- Thông tin di đô ̣ng hàng
không

Tầ n số trung

3

300 – 3000 KHz

4

3 – 30 MHz

Tầ n số cao (HF)

Sóng decamet

5

30 – 300 MHz

Tầ n số rấ t cao

Sóng mét

bình (MF)

Sóng hectomet

5

- Thông tin hàng hải
- Phát thanh vô tuyến
- Phát thanh sóng ngắn
- Các loại thông tin di động
- Phát thanh FM và truyền


(VHF)

hình
- Thông tin di đô ̣ng

6

7

300

–

3000 Tầ n số cực cao

MHz

3 – 30 GHz

8

30 – 300 GHz

9

300 - 3000 GHz

(UHF)
Tầ n số siêu cao
(SHF)
Tầ n số cực siêu
cao (EHF)

- Phát thanh truyền hình
Sóng decimet

- Thông tin di đô ̣ng và cố

đinh
̣
- Thông tin vê ̣ tinh và Radar

Sóng centimet

- Viễn thông công cô ̣ng
-Vô tuyế n thiên văn

Sóng minimet

- Vô tuyế n thiên văn
- Nghiên cứu khoa ho ̣c

1.1.2. Phần mặt đất
Bao gồm tất cả các trạm mặt đất, gồm anten thu phát và các thiết bị điều
khiển, bám vệ tinh; ống dẫn sóng, các bộ chia và ghép tín hiệu, công suất; máy thu,
phát tín hiệu siêu cao tần và các bộ điều chế, giải điều chế; các bộ đổi tần, các bộ xử
lý tín hiệu (giải nén, mã hoá, tập hợp số, lấy mẫu, khoá mã,…) và các bộ khuếch đại
công suất. Các trạm mặt đất có qui mô và kích thước khác nhau tuỳ thuộc vào tính
năng sử dụng và khối lượng thông tin truyền tải.
Phần mặt đấ t thường được kết nối với các thiết bị của người sử dụng thông
qua mạng mặt đất hoặc trong trường hợp sử dụng các trạm VSAT (Very Small
Aperture Teminal: Thiết bị đầu cuối có khẩu độ rất nhỏ), các hệ thống thông tin di
động vệ tinh S-PCN (Satellite – Personal Communication Network) thì vệ tinh có
thể liên lạc trực tiếp vưới thiết bị đầu cuối của người sử dụng. Các trạm mặt đất
được phân loại tùy thuộc vào kích cỡ trạm mặt đất và loại hình dịch vụ. Có thể có
các trạm mặt đất vừa thu vừa phát sóng nhưng cũng có loại trạm mặt đất chỉ làm
nhiệm vụ thu sóng, ví dụ trạm TVRO (television reciver only). Các trạm mặt đất lớn
được trang bị anten có đường kính 30 – 40m, trong khi đó các trạm mặt đất loại nhỏ

chỉ dùng anten đường kính 60 cm hoặc thậm chí nhỏ hơn (các trạm di động cầm
tay).

6


1.2 Cấu trúc đặc trƣng của hệ thống vệ tinh nhỏ quan sát trái đất
Theo tiêu chí về tro ̣ng lươ ̣ng , vê ̣ tinh đươ ̣c chia thành : vê ̣ tinh lớn (trọng
lươ ̣ng > 1000 kg), vê ̣ tinh trung bin
̀ h (500 kg – 1000 kg), và vệ tinh nhỏ (trọng
lươ ̣ng < 500 kg). Tùy theo trọng lượng , trong phân loa ̣i vê ̣ tinh nhỏ còn có vê ̣ tinh
mini (100 – 500 kg), vê ̣ tinh micro (10 – 100kg), vê ̣ tinh nano (1-10kg), vê ̣ tinh pico
(<1kg) và vệ tinh femto (<100g). Hầ u hế t các vê ̣ tinh nhỏ đề u hoa ̣t đô ̣ng trên quỹ
đa ̣o thấ p.
Quỹ đạo thấp (LEO - Low Earth Orbit) là quỹ đạo nằm trong lớp trên của
khí quyển Trái đất có độ cao so với bề mặt Trái đất từ 200 km đến 2000 km. Ở độ
cao này, vệ tinh phải bay nhanh để thắng được lực hút của Trái đất. Vệ tinh bay ở
quỹ đạo thấp gọi tắt là vệ tinh LEO có tốc độ 17.000 dặm/h, mất 90 phút để bay
một vòng quanh Trái đất. Phần lớn vệ tinh quan sát Trái đất, tàu vũ trụ có người lái
và trạm vũ trụ quốc tế ISS đều hoạt động ở quỹ đạo thấp. Vệ tinh LEO rất thích hợp
khi người ta muốn thời gian khứ hồi (RTT- Round Trip Time) ngắn tức là thời gian
để một tín hiệu từ trạm mặt đất lên vệ tinh và quay về hay thời gian để một tín hiệu
từ vệ tinh xuống trạm mặt đất và trở lại vệ tinh là ngắn. Điều này đặc biệt quan
trọng trong dịch vụ thông tin di động. Vệ tinh ở quỹ đạo thấp có thời gian sống từ 5
đến 7 năm [1].
Dưới đây là mô tả cấu trúc thu phát của hệ thống vệ tinh nhỏ Vnredsat-1 của
Việt nam
1.2.1. Cấu trúc hệ thống thu phát tín hiệu trên vệ tinh nhỏ
Hệ thống thu phát tín hiệu trên vệ tinh nhỏ thường là phân hệ băng S, bao
gồm 2 anten phát, 2 bộ thu/phát để đảm bảo khả năng dự phòng và 1 bộ ghép 3dB.

Anten sử dụng trên vệ tinh nhỏ có một số loại như sau:

Bảng 1. 2: Các loại anten sử dụng cho vệ tinh nhỏ [6]

7


Kích thước rất nhỏ, dày khoảng 1/8 inch
Độ lợi 6 dBi ( tuyến tính hoặc tròn)
Kích thước: dày khoảng 1/8 inch và khoảng ½
bước sóng ở một bên.
Thường được gắn cố định lên vệ tinh
Microtrip Anten

Độ tăng ích anten - khoảng 6 dBi (tuyến tính
hoặc tròn)
Băng thông - một vài phần trăm của tần số
trung tâm
Phân cực - tròn hoặc tuyến tính
Công suất lên đến 10 W
Anten có dạng một dây dây xoắn có chu vi
khoảng 1 + 1/4 bước sóng đặt trên mặt phẳng
có đường kính tối thiểu 1 bước sóng.
Kích thước - khoảng 2 bước sóng dài và bằng
1/3 bước sóng theo đường kính, Độ tăng ích

Anten xoắn ốc

cao hơn thì kích thước ăng-ten phải dài hơn.
Thường gắn cố định

Độ tăng ích - từ khoảng 6 dB - 15 dB
Băng thông : 20% tần số trung tâm
Phân cực : tròn hoặc tuyến tính
Công suất lên đến 10 W
Bộ phát xạ trung tâm mỗi hướng có độ dài 1/2
bước sóng. Các thanh đặt song song với mặt đế

Anten đơn hoặc

có kích thước tối thiểu là 1/4 bước sóng.

lưỡng cực

Kích thước – khoảng 1/2 bước sóng theo mỗi
chiều, mỗi thanh độ dài bằng 1/4 bước sóng.
Độ tăng ích - khoảng 2dB
Băng thông – 5% tần số trung tâm

8


Phân cực - tuyến tính hoặc tròn
Công suất lên đến 10 W
Ăng-ten thường là thanh một thanh đơn đặt
vuông góc với mặt đế. Nếu ăng ten cộng
hưởng bước sóng chính thì khoảng kích thước
khoảng 1/4 bước sóng, nếu cộng hưởng phụ thì
nó có thể ngắn hơn nhiều so với bước sóng.
Kích thước: cộng hưởng - 1/4 bước sóng dài
Anten Monopole

đặt vuông góc với mặt đế với đường kính tối
thiểu khoảng 1/2 bước sóng
cộng hưởng phụ - có thể rất ngắn đặt vuông
góc trên mặt đế nhỏ
Độ tăng ích - khoảng 2 dB
Băng thông - khoảng 5% tần số trung tâm
Phân cực - tuyến tính
Công suất - 10 Watts hoặc cao hơn nếu cộng
hưởng hoặc kết hợp

Cấu trúc hệ thống thu phát tín hiệu tín hiệu trên vệ tinh:
Tín hiệu truyền lên vệ tinh gọi là Telecommand (TC)
Tín hiệu truyền xuống từ vệ tinh: Telemetry (TM)
Cấu trúc các chức năng của hệ thống thu phát tín hiệu TM/TC băng S trên vệ
tinh được miêu tả trong hình dưới đây:

9


Hình 1. 2: Cấu trúc hệ thống thu phát tín hiệu trên vệ tinh nhỏ
Hệ thống thu phát tín hiệu băng S bao gồm 2 anten xoắn ốc, được bố trí một
ở mặt đáy và một ở đỉnh của vệ tinh, nhờ đó đảm bảo độ bao phủ toàn diện theo mọi
hướng [3].
Cả hai khối chức năng TM và TC đều được lắp đặt cùng với 1 bộ song công,
trong cùng 1 khối thiết bị thu/phát tín hiệu (RXTX). Vệ tinh sử dụng 2 khối RXTX
để đảm bảo có thiết bị dự phòng trong trường hợp 1 khối xảy ra sự cố. 2 khối thiết
bị này giao tiếp với hệ thống máy tính trên vệ tinh (OBC – On Board Computer) và
được kết nối với anten qua 1 bộ ghép 3db.
Khối thiết bị thu hoạt động theo cơ chế dự phòng nóng để đảm bảo rằng liên

kết TC vẫn có thể hoạt động được trong trường hợp 1 khối thiết bị thu xảy ra sự cố.
Khối thiết bị phát hoạt động theo cơ chế dự phòng lạnh: 2 khối thiết bị phát
được luân phiên sử dụng mỗi lần vệ tinh bay qua vùng thu của trạm mặt đất.
Đặc tính của các khối chức năng này cho phép thiết lập kênh giao tiếp
TM/TC giữa vệ tinh và trạm mặt đất khi vệ tinh có góc ngẩng > 10o khi được nhìn
từ trạm mặt đất.
Tần số sóng mang tải lên là 2048.1 MHz
Tần số sóng mang tải xuống là 2240 MHz
1.2.2. Cấu trúc hệ thống thu phát tín hiệu của trạm mặt đất băng S
Trạm mặt đất băng S được thiết kế để có thể thu được tín hiệu truyền xuống
từ các vệ tinh nhỏ và truyền tín hiệu lệnh telecommand lên các vệ tinh đó. Đối với

10


hệ thống VNREDSat-1, trạm băng S đặt tại Khu công nghệ cao Hòa Lạc chịu trách
nhiệm trong việc thông tin liên lạc với vệ tinh [3].
Đặc điểm trạm mặt đất băng S:

Hình 1. 3: Trạm mặt đất băng S của hệ thống vệ tinh nhỏ Vnredsat-1
Trạm mặt đất băng S thực hiện việc theo dấu vệ tinh, nhận TM và phát TC
một cách tự động, dưới sự điều khiển của hệ thống giám sát và điều khiển (
Monitoring and Control System – MCS).
Trước mỗi phiên vệ tinh bay qua, trạm thu được cấu hình để có thể theo dấu
vệ tinh dựa vào dữ liệu trong các file chứa dữ liệu quỹ đạo được gửi đến từ bộ phận
điều khiển.
Trong phiên vệ tinh bay qua, trạm thu sẽ theo dấu vệ tinh dựa vào chương
trình được thiết lập trước đó, nhờ đó thu được tín hiệu mà vệ tinh gửi về. Tín hiệu
nhận được sẽ được đổi tần xuống từ tín hiệu băng S chuyển về tín hiệu trung tần 70
MHz và sau đó được truyền đến bộ giải điều chế. Các dữ liệu được giải mã, sau đó

có thể lưu trữ hoặc gửi trực tiếp đến từ bộ phận điều khiển để phân tích.
Cũng trong phiên vệ tinh bay qua, trong khi thu tín hiệu TM, trạm đồng thời
có thể gửi tín hiệu điều khiển nhận được từ bộ phận điều khiển lên vệ tinh.

11


Chƣơng 2 - TÍN HIỆU VÀ CÁC ĐẶC TRƢNG TÍN HIỆU TRONG
THÔNG TIN VỆ TINH
2.1 Đặc điểm của tín hiệu trong thông tin vệ tinh
Trong các hê ̣ thố ng thông tin vê ̣ tinh, thông tin đươ ̣c trao đổ i đươ ̣c go ̣i là tín
hiê ̣u. Thuâ ̣t ngữ tiń hiê ̣u ở đây có liên quan đế n mức và da ̣ng điê ̣n áp tiêu biể u cho
thông tin đươ ̣c truyề n từ đầ u này đế n đầ u kia . Các dạng tín hiệu đó được gọi là tín
hiê ̣u băng cơ sở hoă ̣c tiń hiê ̣u băng gố c . Nế u tin
́ hiê ̣u băng gố c là tương tự thì điê ̣n
áp biểu thị nó là liên tục theo thời gian . Nế u tin
́ hiê ̣u băng gố c là tin
́ hiê ̣u số thì điê ̣n
áp biểu thị nó là rời rạc.
Trong hê ̣ thố ng th ông tin vê ̣ tinh các tin
́ hiê ̣u băng gố c đươ ̣c điề u chế với
sóng mang để truy nhập vào kênh tần số vô tuyến và truyền qua các kênh thông tin
vê ̣ tinh. Tấ t nhiên trước khi điề u chế với sóng mang , tín hiệu phải qua một số khâu
xử lý tuỳ thuộc vào yêu cầu, tính chất dịch vụ và truyền dẫn.
Hê ̣ thố ng truyề n tin truyề n các tín hiê ̣u tương tự đươ ̣c go ̣i là truyề n tin tương
tự. Hê ̣ thố ng truyề n tin truyề n các tin
́ hiê ̣u số hoá đươ ̣c go ̣i là hê ̣ thố ng truyề n tin số .
Hê ̣ thố ng truyề n tin số đươ ̣c ưa chuô ̣ng và sử du ̣ng rô ̣ng raĩ bởi vì nó có những ưu
thế sau:
-

Truyề n tin số có khả năng kháng nhiễu tố t hơn nhiề u so với truyề n tin tương
tự. Các xung số rất ít bị tác động của nhiễu

làm thay đổi hoặc biến dạng so

với tiń hiê ̣u tương tự .Ở kênh truyền tin số thì các đặc tính về biên độ , tầ n số
và góc pha không cần phải định giá một cách chính xác như ở kênh truyền
tương tự. Các xung ở truyền tin số sẽ đươ ̣c đinh
̣ giá theo khoảng thời gian
mẫu hoă ̣c mức trên , mức dưới của xung theo mô ̣t mức ngưỡng nào đó . Độ
chính xác về biên độ , tầ n số và góc pha ở truyề n tin số trong nhiề u trường
hơ ̣p không quan tro ̣ng lắ m .
-

Tín hiệu số t huâ ̣n lơ ̣i và dễ dàng hơn nhiề u trng các quá trình xử lý và ghép
kênh so với tín hiê ̣u tương tự . Viê ̣c xử lý tín hiê ̣u số ở đây đươ ̣c hiể u là xử lý
các tín hiệu tương tự theo các phương pháp số . Xử lý tin
́ hiê ̣u bao gồ m lo ̣ c,

12


cân bằ ng và dich
̣ chuyể n pha . Các xung số có thể được nhớ dễ dàng hơn tín
hiê ̣u tương tự. Tố c đô ̣ truyề n của các hê ̣ thố ng số có thể thay đổ i mô ̣t cách dễ
dàng để thích ứng với các môi trường khác nhau và thích nghi vớ i các da ̣ng
thiế t bi ̣khác nhau.
-

Ở các hệ thống truyền tin số dùng các bộ tái tạo tín hiệu trong lúc truyền tin
tương tự du ̣ng các bô ̣ khuế ch đa ̣i tín hiê ̣u . Tạp âm trong các mạch khuếch đại
là tạp âm cộng , do đó tỉ số tin
́ hiê ̣u trên ta ̣p ở đầ u ra bô ̣ khuế ch đa ̣i sẽ bi ̣xấ u
hơn và nế u đường truyề n tin tương tự dùng nhiề u bô ̣ khuế ch đa ̣i thì tỉ số S /N
sẽ càng xấu . Trong khi đó , truyề n tin số sử du ̣ng các bô ̣ tái ta ̣o tín hiê ̣u có tỉ
số tiń hiê ̣u trên ta ̣p ở đẩ u ra bằ ng tỉ số đó ở đầ u vào bô ̣ tái ta ̣o . Cũng vì lí do
đó mà khoảng cách truyề n tin số có thể lớn hơn rấ t nhiề u so với truyề n dẫn
tương tự.

-

Viê ̣c đo lường và lươ ̣ng giá các tin
́ hiê ̣u số đơn giản hơn nhiề u so với tiń hiê ̣u
tương tự đă ̣c biê ̣t là khi cầ n so sánh hiê ̣u năng hê ̣ thố ng.

-

Các hệ thống số thích hợp hơn nhiều trong việc đánh giá hiệu năng lỗi
truyề n trong các tín hiê ̣u số có thể đươ ̣c phát hiê ̣n và sửa lỗi mô ̣t c

. Lỗi
ách dễ

dàng. Có khả năng chính xác hơn nhiều so với hệ thống tương tự.
Tuy vâ ̣y truyề n tin số cũng có những nhươ ̣c điể m :
-

Viê ̣c truyề n các tín hiê ̣u tương tự đươ ̣c số hoá phải có đô ̣ rô ̣ng dải tầ n khá lớn
hơn nhiề u so với viê ̣c truyề n tin

́ hiê ̣u tương tự đó không số hoá .

-

Các tín hiệu tương tự muốn truyền dẫn số thì trước khi truyền phải được
chuyể n đổ i thành tiń hiê ̣u số và ta ̣i phiá thu phải chuyể n đổ i ngươ ̣c la ̣i

, có

nghĩa là tốn thêm mạch mã hoá và giải mã.
-

Truyề n tin số yêu cầ u phải có sựu đồ ng bô ̣ thời gian chính xác giữa đồ ng hồ
phát và thu. Như vâ ̣y các hê ̣ thố ng số cầ n phải có các ma ̣ch hồ i phu ̣c đồ ng hồ
trong tấ t cả các máy thu, gây thêm tố n kém .

-

Các hê ̣ thố ng truyề n tin số là không tương thić h với các phương tiê ̣n truyề n
dẫn tương tự cổ điể n.

13


2.2 Đặc điểm Kênh truyề n và phân tích tuyế n Trạm mặt đất - vê ̣ tinh
2.2.1. Các ảnh hƣởng của tầng khí quyển đến kênh truyền
Tầ ng khí quyể n là môi trường truyền sóng có ảnh hưởng trực tiếp đến sóng
truyề n trong hê ̣ thố ng thông tin vê ̣ tinh . Trong tầ ng khí quyể n thì các tác đô ̣ng rõ nét
nhấ t đế n kênh truyề n là các ảnh hưởng của tầ ng đố i lưu và tầ ng điê ̣n li .
Ảnh hưởng của tầ ng đố i lưu

Lớp không khí trên mă ̣t đấ t ở dưới cùng của tầ ng khí quyể n đươ ̣c go ̣i là tầ ng
đố i lưu. Tính từ mặt đất lên. Tầ ng đố i lưu có đô ̣ cao 8 đến 10 km ở các vi ̃ tuyế n gầ n
Bắ c và Nam cực : 10 – 12 km ở các vĩ tuyến trung bình và 16 – 18 km ở các vi ̃ tuyế n
gầ n xích đa ̣o.
Các thành phần khí trong tầng đối lưu khong biến đổi nhiều theo chiều cao ,
nó cũng giông như trên mặt đất ngoại trừ chỉ có hơi nước là phụ thuộc nhiều vào
các điề u kiê ̣n khí tươ ̣ng thuỷ văn và giảm ma ̣nh theo chiề u cao .
Tính chất quan trọng của tầng đối lưu là sự giảm nhiệt độ theo chiều cao

.

Gradient trung bình của nhiê ̣t đô ̣ theo chiề u cao tầ ng đố i lưu là 60/km. Giới ha ̣n trên
của tầ ng đố i lưu đươ ̣c xác đinh
̣ khi không còn sự giảm nhiê ̣t đô ̣ theo chiề u cao .
Các thông số cơ bản đặc trưng cho các tính chất của tầng đối lưu là : áp suất,
nhiê ̣t đô ̣, và độ ẩm tuyệt đối . Năm 1925, hiê ̣p hô ̣i Hàng không quố c tế đã thố ng nhấ t
khái niệm “tầng khí quyển chuẩn quốc tế” hoặc còn gọi là “tầng đối lưu chuẩn” , với
các số liệu mà đến nay vẫn còn giá trị . Các số liệu chuẩn về tầng đối lưu , đó là ta ̣i
bề mă ̣t Trái đấ t có áp suấ t p = 1013 mBa; nhiê ̣t đô ̣ t = 150C; đô ̣ ẩ m tương đố i S =
75% (mâ ̣t đô ̣ hơi nước ~ 7.5 g/m3 ). Với đô ̣ cao tăng 100m thì áp suấ t giảm 12mBa,
nhiê ̣t đô ̣ giảm 0.550C; còn độ ẩm tương đối giữ nguyên giá trị suốt chiều cao

. Độ

cao chuẩ n của tầ ng đố i lưu 11 km tin
́ h từ mă ̣t đấ t [1].
Tầ ng đố i lưu , đứng về g óc độ xem xét truyền sóng thì có thể xem như một
hỗn hơ ̣p gồ m hai chấ t khí : Không khí khô và hơi nước . Sóng vô tuyến truyền trong
đó bi ̣tổ n hao và hấ p thu ̣ . Có thể có nhiề u nguyên nhân dẫn đế n hấ p thu ̣ đố i với các
dải tần khác nhau của sóng . Căn cứ và các nguyên nhân gây hấ p thu ̣ , có hai dạng

hấ p thu ̣: đó là hấ p thu ̣ do các ha ̣t nước và hấ p thu ̣ phân tử .

14


Hấ p thụ do các hạt nước
Dưới góc độ vật lý có thể lý giải sự hấp thụ sóng trong các hạt nước nhỏ đó
như sau:
-

Do tác đô ̣ng trường của sóng truyề n lan , trong các ha ̣t nước có tính bán dẫn
điê ̣n sẽ có dòng điê ̣n dich
̣ . Mâ ̣t đô ̣ các dòng điê ̣n dich
̣ đó có mô ̣t giá tri ̣tương
đố i nào đó , bởi vì biế t rằ ng hê ̣ số điê ̣n môi của nước có giá tri ̣lơn hơn
khoảng 80 lầ n hê ̣ số điê ̣n môi của không khí xung quanh . Mâ ̣t đô ̣ dòng điê ̣n
dịch cũng tỉ lệ với tần số, do đó nó chỉ có giá trị đáng xem xét ở dài sóng siêu
cao tầ n . Chính sự tổn hao năng lượng trong các hạt nước đó gây nên sự hấp
thụ năng lượng sóng truyền lan.

-

Sự xuấ t hiê ̣n của các ha ̣t nước hoă ̣c mây mù chính là nguyên nhân gây nên
các nguồn bức xa ̣ khuế ch đa ̣i hoă ̣c bức xa ̣ thứ cấ p . Trong thực tế sự khuế ch
tán như vậy tạo nên hiệu ứng hấp thụ theo phương truyền lan của sóng nhưng
cũng chính sự khuếch tán đó lại là bức xạ thứ cấp theo phương truyền lan cần
thiết.
Kích thước các hạt nước trong mây mù có bán kính từ 2 – 60 micron. Các hạt

có kích thước ngưng tụ lớn hơn chuyển động rơi xuống mặt đất dưới dạng mưa

Mô ̣t đă ̣c tiń h quan tro ̣ng cầ n đươ ̣c xem xét ở đây đố i với các da ̣ng

.

mây mù nói

chung là số lươ ̣ng nước ngưng tu ̣ , tính theo đơn vị g /m3. Với mây mù yế u tầ m nhìn
khoảng 1 km và đố i với mây mù đă ̣c tầ m nhin
̀ chỉ có thể và i mét [1].
Các hạt nước trong mây mù tạo thành mưa có đường kính lớn hơn 60 micron
và giới hạn trên của chúng có thể đến 7 mm. phầ n lớn, trong thực tế thường gă ̣p các
hạt mưa có kích thước từ 0.25 – 2 mm.
Lươ ̣ng nước trong khí quyể n khi trời mưa nói chung lớn hơn nhiề u so với
trường hơ ̣p mây mù . Lươ ̣ng nước trong không khí ẩ m càng lớn hơn, ở nhiệt độ 250C
lươ ̣ng nước trong các tầ ng khí quyển ẩm bão hoà là 23 g/m3, lớn gấ p 5 lầ n lươ ̣ng
nước khi mưa rào.
Trong dải siêu cao tầ n thì sự hấ p thu ̣ năng lươ ̣ng sóng trong các ha ̣t
do tổ n hao nhiê ̣t và quá trình khuế ch tán

nước là

. Các tổn hao khác như phản xạ sóng

15


thường ít gă ̣p trong các vùng mưa . Trong thực tế kỹ thuâ ̣t người ta thường thiế t lâ ̣p
các biểu đồ số liệu thực nghiệm . Bằ ng các thực ngh iê ̣m, đồ thi ̣hê ̣ số hấ p thu ̣ đươ ̣c
thiế t lâ ̣p phu ̣ thuô ̣c vào các thông số cường đô ̣ mưa . Giá trị tuyệt đố i của hê ̣ số hấ p
thụ đạt 2.64*10-2 (km-1) trên mỗi mô ̣t mm lươ ̣ng nước mưa trong mô ̣t giờ

, tương

ứng với hệ số hấp thụ 0.25 dB/Km trên 1mm/h.
Như vâ ̣y để có đươ ̣c đô ̣ tin câ ̣y trong các đường truyề n sóng trong dải tầ n
sóng siêu cao tần trong trường hợp có mưa hoặc mây mù cần có các số liệu xác xuất
thố ng kê khí tươ ̣ng thuỷ văn phu ̣ thuô ̣c vào từng vù

ng trong đó kênh truyề n sóng

đươ ̣c thực hiê ̣n.
Qua nhiề u khảo sát thực nghiê ̣m cũng nhâ ̣n thấ y rằ ng sóng vô tuyế n truyề n
trong vùng có mưa thì đố i với các sóng trong dải sóng siêu cao , nế u tầ n số càng cao
thì hấ p thu ̣ càng lớ n. Đối với các sóng trong dải quang thì hấp thụ trong mây mù lại
lớn hơn hấ p thu ̣ sóng trong mưa.
Ảnh hưởng của tầ ng điê ̣n li
Đối với dải sóng cực ngắn và siêu cao thì tâng điện li được xem là trong suốt .
Ảnh hưởng rõ nét nhấ t của tầ ng điê ̣n li đố i với các kênh truyề n thông tin vê ̣ tinh là
hiê ̣u ứng faraday và trễ nhóm .
Các hiệu ứng của tầng điện li có ảnh hưởng khá lớn đến các sóng vô tuyến có
tầ n số khoảng 10 GHz và đă ̣c biê ̣t là đố i vớ i các vê ̣ tinh khioong điạ tiñ h có tầ n số
làm việc dưới 3 GHz. Các phần tử mang điện (các electron) trong tầ ng điê ̣n li sẽ tác
đô ̣ng đế n sóng vô tuyế n khi truyề n xuyên qua tầ ng điê ̣n li và gây nên hiê ̣n tươ ̣ng
quay đổ i với các só ng mang có phân cực đường thẳ ng và mô ̣t sự trễ thời gian đường
truyề n sóng. Hiê ̣n tươ ̣ng quay phân cực tuyế n tin
́ h đó đươ ̣c go ̣i là quay Faraday và
trễ là trễ nhóm .
Giá trị quay Faraday ký hiệu là ϕ đươ ̣c xác đinh
̣ bởi biể u thứ c [1]:
ϕ = 2.36.102BavNτf2 (rad)

Trong đó B av là cường độ từ trường trung bình của quả đất

(1)
(Wb/m2), NT =

1016 – 1018 el/m2 (giá trị các điện tử tích điện trên 1 đơn vi ̣diê ̣n tić h ) và f là tần số
(GHz).

16


Hiê ̣n tươ ̣ng quay Faraday không có ảnh hưởng đáng kể đố i với phân cực
tròn, chính vì vậy chúng thường được sử dụng trong các hệ thống thông tin vệ tinh –
di đô ̣ng.
Độ trễ nhóm, ký hiệu là T thường được xác định theo biểu thức [1]:
T

1.34 N
.107
2
f

(2)

Trong đó f tính theo Hz.
Xem xét dưới góc đô ̣ truyề n sóng vô tuyế n

, tầ ng điê ̣n li là mô ̣t tầ ng khí

quyể n mà có các tham số không ổ n đinh

̣ . Sự không ổ n đinh
̣ đó cả về chiề u cao . So
với mă ̣t đấ t , đô ̣ dày các tầng điện li , sự xuấ t hiê ̣n các tầ n điê ̣n li theo phân lớp và
mâ ̣t đô ̣ cấ u trúc bên trong tầ ng điê ̣n li . Các tham số còn phụ thuộc vào vùng địa lý
trên quả đấ t , mùa năm tháng trong năm và chu kỳ 11 năm hoa ̣t đô ̣ng của bức xạ mặt
trời. Các hiện tượng trên được gọi chung là sự biến động không bình thường của
tầ ng điê ̣n li.
2.2.2. Hấ p thu ̣ phân tƣ̉
Các sóng vô tuyến có bước sóng ngắn hơn

1.5 cm thì sự hấ p thu ̣ của sóng

còn do tác động trường của só ng đế n các phầ n tử khí trong tầ ng đố i lưu . Các dạng
hấ p thu ̣ đó đươ ̣c go ̣i là hấ p thu ̣ phân tử và đươ ̣c quan sát xem xét trong điề u kiê ̣n
trời trong, không mưa và không mây mù . Trong trường hơ ̣p này năng lươ ̣ng sóng
truyề n lan bi ̣ tiêu hao do đố t nóng vâ ̣t thể , ion hoá hoă ̣c kích thích các nguyên tử ,
phân tử khí ở dưới da ̣ng hoá quang . Khi hấ p thu ,̣ các nguyên tử và phân tử chuyển
từ tra ̣ng thái năng lươ ̣ng thấ p đế n tra ̣ng thái năng lươ ̣ng cao hơn . Do phầ n l ớn các
mức năng lươ ̣ng có tiń h rời ra ̣c cho nên các quá trin
̀ h chuyể n hoá các mức năng
lươ ̣ng cũng có đă ̣c tiń h cô ̣ng hưởng cho ̣n lo ̣c , và do đó hấp thụ sóng vô tuyến trong
trường hơ ̣p này cũng có tính cho ̣n lo ̣c . Có nghĩa là sẽ có những tần số mà ở đó hệ số
hấ p thu ̣ sẽ bé hơn mô ̣t cách đô ̣t ngô ̣t chứ không tăng theo quy luâ ̣t .
2.2.3. Tổ n hao do hấ p thu ̣ mƣa
Mô ̣t hấ p thu ̣ sóng vô tuyế n quan tro ̣ng trong tầ ng khí quyể n là hấ p thu ̣ sóng
do mưa . Lươ ̣ng mưa trung bình trên thế giới là không đồng đều theo vùng địa lý

17

.

Nhìn chung các phương pháp dự đoán

đều tiến hành theo hai bước : bước 1 là dự

đoán phân số xác xuấ t lươ ̣ng mưa và bước 2 là tính tổn hao sóng do mưa dựa vào hê ̣
số hấ p thu ̣ đã đươ ̣c xác đinh.
̣
Hê ̣ số tổ n hao do mưa đươ ̣c tính từ lươ ̣ng mưa trung bình theo biể u thức sau
[4]:
YR  k  R0.01  dB / km


(3)

Trong đó:
R0.01 : là lượng mưa trung bình; k và α là các hệ số phụ thuộc vào tần số và sự

phân cực của sóng. Các giá trị kh, kv, αh, αv đố i với sóng phân cực đứng và phân c ực
ngang đươ ̣c giới thiê ̣u trong B ảng 2.1 dưới đây theo khuyến nghị P838 trong ITU-R
của Liên minh Viễn thông Quốc tế (ITU) [4].
Bảng 2. 1: Các hệ số hồi qui để xác định tổn hao sóng vô tuyến do mưa
(ITU-R) [4]
Tầ n số

kh

kv

αh

αv

1

0.0000387

0.0000352

0.912

0.880

2

0.0000154

0.0000138

0.963

0.923

4

0.0000650

0.0000591

1.121

1.075

6

0.000175

0.000155

1.308

1.265

7

0.00301

0.00265

0.963

1.312

8

0.00454

0.00395

1.121

1.310

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

1.126

20

0.0751

0.0691

1.099

1.065

25

0.124

0.113

1.061

1.030

30

0.187

0.167

1.021

1.000

35

0.263

0.233

0.979

0.963

(GHz)

18


40

0.350

0.310

0.939

0.929

45

0.442

0.393

0.903

0.897

50

0.536

0.479

0.873

0.866

60

0.707

0.642

0.826

0.824

Hình 2. 1: Lượng nước mưa trung bình hàng năm [8]

Đối với sóng có phân cực thẳng và phân cực tròn thì biểu thức để tính hệ số
k và α sẽ là [1]:
k = [kh + kv + (kh - kv).cos2Ө.cos2τ ]/2

(4)

α = [khαh + kvαv + (khαh - kvαv).cos2Ө.cos2τ]/2

(5)

Trong đó : Ө là góc ngẩng và τ là góc nghiêng phân cực so với mặt ngang (τ
sẽ có giá trị bằng 450 nế u là phân cực tròn)
Tổ ng các tổ n hao sóng vô tuyế n trong tầ ng đố i lưu theo các phân tić h trên có
thể đươ ̣c xác đinh
̣ theo biể u thức [1]:
A ( p)  AG  AR ( p)  Ae2 ( p)

(6)

Trong đó Ar(p) là tổng tổ n hao ứng với xác suấ t cho ; AR(p) là tổn hao do
mưa ứng với xác suấ t cho ; Ae(p) là tổn hao do mây mù và A

G

là tổn hao do hơi

nước và ôxy. Các tham số trong biểu thức trên phụ thuộc vào môi trường cu ̣ thể .

19

2.3 Các tham số cơ bản của tuyến liên lạc thông tin vệ tinh
2.3.1. Các tham số của anten
Anten là một thiết bị quan trọng trong tuyến liên lạc thông tin vệ tinh, nó
không những có tác động đến chất lượng đường truyền mà còn có liên quan đến quy
mô các trạm mặt đất và các thiết bị thu phát đặt trên vệ tinh. Các tham số phân tích
sau đây có quan hệ đến phân tích tuyến liên lạc thông tin vệ tinh.
Độ tăng ích của anten
Theo lý thuyết anten, độ tăng ích của một anten được biểu thị bởi biểu thức
[1]:
G(ϴ,φ) = η.D(ϴ,φ)

(7)

Trong đó:
G(ϴ,φ): là độ tăng ích của anten theo góc phương vị (ϴ,φ):
η: Là hiệu suất của anten;
D(ϴ,φ): Là độ thị phương hướng của anten theo (ϴ,φ):
Góc ϴ tính trong mặt phẳng đứng và góc φ tính trong mặt phẳng ngang.
Với các anten sóng siêu cao, ví dụ anten parabol sử dụng trong thông tin vệ
tinh thì độ tăng ích cực đại Gmax của anten có thể được xác định theo biểu thức [1]:
Gmax 

4

2

Aeff

(8)

Trong đó:
λ là bước sóng (λ = c/f với c = 3.108 m/s là tốc độ ánh sáng và f là tần số
công tác);
Aeff là diện tích hiệu dụng của anten (Aeff = nA với A = πD2/4 là đường kính
anten)
Như vậy, với anten có hiệu suất thì Gmax có thể viết như sau:
Gmax = η(πD/ λ)2 = η(πDf/c)2

(9)

Hoặc có thể biểu thị dưới dạng dB:
Gmax = 10.logη(πD/ λ)2 = 10log η(πDf/c)2

20

(10)