BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN THÔNG TIN VỆ TINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

----

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN
THÔNG TIN VỆ TINH
GVHD: T.S Lâm Hồng Thạch
Sinh viên thực hiện:
Trần Xuân Hùng

ĐTVT 11 – K62

20172594

Trần Đình Khải

ĐTVT 11 – K62

20172616

Dương Văn Đồn

ĐTVT 11 – K62

20172472

Phạm Thị Thu Trang

ĐTVT 11 – K62

20172862

Nguyễn Đăng Thế Anh

ĐTVT 11 – K62

20172405

Hà Nội, 5 - 2021


MỤC LỤC
Nơ ̣i dung
MỤC LỤC.................................................................................................................. II
PHÂN CƠNG CƠNG VIỆC........................................................................................ I
DANH MỤC HÌNH VẼ.............................................................................................. II
DANH MỤC BẢNG BIỂU........................................................................................ III
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN VỆ TINH...........................................1
1.1 Khái niệm, lịch sử phát triển thông tin vệ tinh.........................................................1
1.2 Đặc điểm của hệ thống thông tin vệ tinh................................................................2
1.2.1 Ưu điểm..........................................................................................................2
1.2.2 Nhược điểm.....................................................................................................3
1.3 Sơ đồ khối của hệ thống thông tin..........................................................................3
1.4 Các băng tần sử dụng trong thông tin vệ tinh.........................................................4
1.5 Ứng dụng của thông tin vệ tinh...............................................................................4
1.5.1 Trên thế giới....................................................................................................4
1.5.2 Tại Việt Nam...................................................................................................5
1.6 Sáu bài tập thông tin vệ tinh...................................................................................5
Bài 1.............................................................................................................................. 5
Bài 2.............................................................................................................................. 6

Bài 3.............................................................................................................................. 9
Bài 4............................................................................................................................ 10
Bài 5............................................................................................................................ 11
Bài 6............................................................................................................................ 13
1.7 Bốn bài tập trong sách giáo trình thầy Vũ Văn Yêm..............................................14


Bài 1............................................................................................................................ 15
Bài 2............................................................................................................................ 16
Bài 3............................................................................................................................ 17
Bài 4............................................................................................................................ 19
CHƯƠNG 2. QUỸ ĐẠO VỆ TINH..........................................................................21
2.1 Định nghĩa quỹ đạo vệ tinh...................................................................................21
2.2 Phân loại quỹ đạo vệ tinh......................................................................................21
2.2.1 Quỹ đạo vệ tinh địa tĩnh (quỹ đạo tròn)........................................................21
2.2.2 Quỹ đạo vệ tinh phi địa tĩnh (quỹ đạo elip)...................................................24
2.3 Các định luật Kepler và chứng minh......................................................................26
2.3.1 Định luật Kepler thứ nhất..............................................................................26
2.3.2 Định luật Kepler thứ hai................................................................................26
2.3.3 Định luật Kepler thứ ba.................................................................................27
2.4 Một số bài tốn về quỹ đạo vệ tinh.......................................................................27
2.5 Q trình phóng vệ tinh........................................................................................30
CHƯƠNG 3. CẤU TRÚC HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH.............................31
3.1 Sơ đồ khối hệ thống thông tin vệ tinh...................................................................31
3.2 Cấu trúc phần không gian.....................................................................................31
3.2.1 Anten thu của vệ tinh....................................................................................31
3.2.2 Bộ lọc............................................................................................................31
3.2.3 Bộ khuếch đại tạp âm thấp............................................................................31
3.2.4 Chuyển đổi tần số..........................................................................................32
3.2.5 Khuếch đại công suất....................................................................................32

3.2.6 Anten phát của vệ tinh...................................................................................32
3.3 Cấu trúc trạm mặt đất..........................................................................................32
3.3.1 Phần phát.......................................................................................................32


3.3.2 Phần thu........................................................................................................33
3.4 Anten trong thông tin vệ tinh................................................................................33
3.4.1 Anten parabol:...............................................................................................33
3.4.2 Các thông số của anten..................................................................................34
3.5 Công suất bức xạ đẳng hướng tương đương........................................................35
3.6 Cơng suất tín hiệu thu được và tổn hao sóng truyền trong khơng gian tự do......36
3.7 Cấu trúc và chức năng trạm TT&C........................................................................36
CHƯƠNG 4. PHÂN TÍCH, THIẾT KẾ TUYẾN TRONG THÔNG TIN VỆ TINH 38
4.1 Truyền sóng trong thơng tin vệ tinh......................................................................38
4.2 Phân cực sóng điện từ...........................................................................................38
4.3 Các đặc điểm của kênh truyền trong thông tin vệ tinh..........................................41
4.3.1 Ảnh hưởng của tầng đối lưu..........................................................................41
4.3.2 Ảnh hưởng của tầng điện ly..........................................................................42
4.3.3 Ảnh hưởng của cự ly truyền..........................................................................43
4.4 Công suất bức xạ đẳng hướng tương đương........................................................43
4.5 Công suất tín hiệu thu được và tổn hao sóng truyền trong không gian tự do......43
4.6 Bài tập của thầy Hợp.............................................................................................45
Bài 1............................................................................................................................ 45
Bài 2............................................................................................................................ 47
CHƯƠNG 5. PHƯƠNG PHÁP ĐA TRUY NHẬP TRONG THÔNG TIN VỆ TINH
.................................................................................................................................. 50
5.1 Tổng quan.............................................................................................................50
5.2 Đa truy nhập đến một kênh cụ thể của bộ phát đáp vệ tinh.................................50
5.3 Đa truy nhập đến bộ phát đáp vệ tinh..................................................................53
5.4 Ưu nhược điểm của các phương pháp đa truy nhập trong thông tin vệ tinh........53

5.4.1 Đa truy nhập FDMA.....................................................................................53
5.4.2 Đa truy nhập TDMA.....................................................................................54


5.4.3 Đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA)....................................................54
5.5 Bài tập thầy Thái Hồng Nhị...................................................................................55
Bài 1............................................................................................................................ 55
Bài 2............................................................................................................................ 55
Bài 3............................................................................................................................ 56
Bài 4............................................................................................................................ 58
Bài 5............................................................................................................................ 58
Bài 6............................................................................................................................ 59
Bài 7............................................................................................................................ 59
Bài 8............................................................................................................................ 59
Bài 9............................................................................................................................ 60
Bài 10.......................................................................................................................... 60
Bài 11.......................................................................................................................... 61
Bài 12.......................................................................................................................... 61
Bài 13.......................................................................................................................... 62
Bài 14.......................................................................................................................... 63
Bài 15.......................................................................................................................... 63
Bài 16.......................................................................................................................... 63
CHƯƠNG 6. TÍN HIỆU VÀ ĐIỀU CHẾ..................................................................64
6.1 Tín hiệu.................................................................................................................. 64
6.2 Điều chế................................................................................................................64
CHƯƠNG 7. MỘT SỐ THÔNG TIN TỔNG HỢP VỀ CÁC VỆ TINH VINASAT. 68
7.1 Giới thiệu chung....................................................................................................68
7.1.1 Vinasat-1.......................................................................................................68
7.1.2 Vinasat-2.......................................................................................................68
7.2 TRẠM ĐIỀU KHIỂN.................................................................................................69

7.2.1 Trạm điều khiển Quế Dương.........................................................................69
7.2.2 Trạm điều khiển Bình Dương........................................................................70
7.3 TRUNG TÂM NOC..................................................................................................70
7.3.1 Tổ chức.........................................................................................................71
7.3.2 Theo dõi giám sát vệ tinh 24/7......................................................................71
7.3.3 Thực hiện và kiểm tra...................................................................................72
7.3.4 Các công việc điều khiển..............................................................................72
7.3.5 Một số xu hướng công nghệ cho công tác điều khiển...................................73
PHỤ LỤC................................................................................................................. 74
TÀI LIỆU THAM KHẢO......................................................................................... 75


PHÂN CƠNG CƠNG VIỆC

Tên

MSSV

Cơng việc

Trần Đình Khải

20172616

Chương 2, 5, 6, 7, chỉnh sửa.

Trần Xuân Hùng

20172594

Chương 1, 3, bài tập, bổ xung.

Dương Văn Đoàn

20172472

Chương 2, 4, bổ sung, hoàn thiện.

Phạm Thị Thu Trang

20172862

Chương 3, 4, bổ xung, chỉnh sửa.

Nguyễn Đăng Thế Anh

20172405

Chương 5, 6, 7, chỉnh sửa.

DANH MỤC HÌNH VẼ

i


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1 Các băng tần sử dụng trong thông tin vệ tinh.................................................3

ii


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN VỆ TINH

1.1 Khái niệm, lịch sử phát triển thông tin vệ tinh
Là vệ tinh nhân tạo đặt trong không gian dùng cho viễn thông. Vệ tinh thơng tin
hiện đại có nhiều loại quỹ đạo như quỹ đạo địa tĩnh, quỹ đạo Molniya, quỹ đạo elip,
quỹ đạo (cực và phi cực) Trái Đất thấp.
Vệ tinh thông tin là kỹ thuật tiếp sức vô tuyến vi ba bên cạnh thơng tin cáp
quang biển trong truyền dẫn điểm điểm cố định. Nó cũng được dùng trong các ứng
dụng di động như thông tin cho tàu xe, máy bay, thiết bị cầm tay và cho cả tivi và
quảng bá khi mà các kỹ thuật khác như cáp không thực tế hoặc không thể.
Lịch sử phát triển thông tin vệ tinh:
Ngày 4/10/1957, Liên Xô đưa được vệ tinh Sputnik lên quỹ đạo, mở ra kỷ nguyên
con người khai thác vũ trụ. Vệ tinh được trang bị máy phát radio làm việc trên hai tần
số 20,005 MHz và 40,002 MHz.
Năm 1958, Mỹ cũng đưa được vệ tinh đầu tiên của mình lên quỹ đạo. Vệ tinh sử
dụng băng từ để ghi và gửi lời chúc mừng giáng sinh của tổng thống Mỹ Dwight D.
Eisenhower đến thế giới.
NASA phóng vệ tinh Echo vào năm 1960; một quả cầu 30m được mạ lớp PETfilm
năm 1960; để phục vụ như là một gương phản xạ bị động cho việc liên lạc vô tuyến.
Courier 1B được xây dựng bởi Philco cũng được phóng lên vào năm 1960 và là vệ tinh
nhắc chủ động đầu tiên trên thế giới.
Telstar là vệ tinh liên lạc tiếp âm trực tiếp và động đầu tiên. Thuộc về công ty điện
thoại, điện báo Mỹ (AT&T) như là một phần của hợp đồng đa quốc gia giữa AT&T,
phịng thí nghiệm điện thoại Bell, NASA, bưu điện Anh, viễn thông Pháp để phát triển
vệ liên lạc vệ tinh, nó được phóng lên bởi NASA từ mũi Canaveral vào ngày 10 tháng
7 năm 1962, là cuộc phóng vào khơng gian của tư nhân đầu tiên. Telstar được đặt trên
một quỹ đạo elip (hoàn thành một chu kỳ sau 2 giờ and 37 phút), quay ở một góc 45°

trên xích đạo.
Một tiền lệ trực tiếp của vệ tinh địa tĩnh là Huges Syncom 2 được phóng lên vào 26
tháng 7 năm 1963. Syncom 2 quay quanh Trái Đất mỗi lần một ngày với tốc độ không
1


đổi, nhưng do vẫn cịn có sự vận động bắc-nam, vẫn cần có thiết bị đặc biệt để theo dõi
nó.
Từ đây con người từng bước thực hiện ước mơ của mình, xây dựng một hệ thống
thơng tin vệ tinh tồn cầu.

1.2 Đặc điểm của hệ thống thông tin vệ tinh
1.2.1 Ưu điểm
Vệ tinh có thể phủ sóng một vùng rộng lớn trên bề mặt Trái Đất. Một vệ tinh địa
tĩnh, trong điều kiện tối ưu, có thể phủ sóng hơn 40% diện tích bề mặt Trái Đất.
Sóng vơ tuyến điện phát đi từ một Vệ tinh ở quỹ đạo địa tĩnh có thể bao
phủ 1/3 tồn bộ bề mặt trái đất. Bởi vậy, những trạm mặt đất trong vùng đó có thể
thơng tin trực tiếp với bất kỳ một trạm mặt đất khác trong vùng qua một Vệ tinh thông
tin.
Việc lắp đặt hoặc di chuyển các thành phần trong hệ thống truyền tin Vệ tinh đặt
trên mặt đất tương đối nhanh chóng, dễ dàng và khơng phụ thuộc vào cấu hình mạng
cũng như hệ thống truyền dẫn.
Các thiết bị điện tử đặt trên Vệ tinh có thể tận dụng nguồn năng lượng mặt trời để
cung cấp hoạt động cả ngày lẫn đêm.
Thơng tin Vệ tinh rất ổn định. Đã có nhiều trường hợp bão to, động đất trong
lúc các phương tiện truyền thơng khác khơng thể hoạt động duy trì thì duy nhất chỉ có
hệ thống thơng tin Vệ tinh hoạt động để cung cấp các thông tin cần thiết cho con
người.
Ta có thể dễ dàng và nhanh chóng thiết lâp một trạm thu vệ tinh dù ở vùng xa xơi,
hải đảo.

Hệ thống truyền tin Vệ tinh có thể phục vụ nhiều dịch vụ khác nhau: thoại và
phi thoại, thăm dị địa chất, định vị tồn cầu, quan sát mục tiêu, thăm dị, dự báo khí
tượng, phục vụ các mục đích quốc phịng, an ninh, dân sự….

2


1.2.2 Nhược điểm
Chi phí đầu tư ban đầu xây dựng và vận hành hệ thống tin vệ tinh rất lớn, thời gian
phục vụ không kéo dài lâu (15-20 năm). Bên cạnh đó là địi hỏi các giải pháp kỹ thuật
tiên tiến, hiện đại.
Cường độ trường tại điểm thu trên mặt đất phụ thuộc vào khoảng cách truyền
sóng và góc phương vị giữa anten thu - phát. Nói cách khác là cường độ trường tại
điểm thu trên mặt đất phụ thuộc vào tọa độ của Vệ tinh so với vùng được phủ sóng.
Sóng vơ tuyến điện sử dụng trong thơng tin Vệ tinh cần phải xuyên qua tầng
điện ly và khí quyển bao quanh trái đất, nhưng sóng vơ tuyến điện với các tần số cao
bị hấp thụ và bị các suy hao khác trong khí quyển. Nếu muốn dùng anten bé, trọng
lượng thiết bị nhẹ thì tổn hao vào giá thành sẽ tăng.
Khoảng cách thông tin lớn dẫn tới suy hao truyền sóng trong khơng gian tự do lớn,
trễ truyền dẫn lớn. Thời gian truyền tín hiệu từ mặt đất lên vệ tinh và trở về cỡ 0,24s.

1.3 Sơ đồ khối của hệ thống thông tin
Hệ thống thông tin vệ tinh bao gồm phân hệ mặt đất (trạm mặt đất) và phân
hệ không gian (vệ tinh) được thể hiện trong Hình 1 .1.

Hình 1.1 Sơ đồ khối hệ thống thông tin vệ tinh

3

1.4 Các băng tần sử dụng trong thông tin vệ tinh
Bảng 1.1 Các băng tần sử dụng trong thông tin vệ tinh

1.5 Ứng dụng của thông tin vệ tinh
1.5.1 Trên thế giới
Năm 1963, vệ tinh SYNCOM- vệ tinh địa tĩnh đầu tiên được phóng thành cơng.
Năm 1965, vệ tinh thương mại đầu tiên INTELSAT-1 được đưa vào quỹ đạo. Năm
1970, Nhật Bản và Trung Quốc cũng lần lượt đưa được vệ tinh của mình vào quỹ đạo.
Năm 1987 TVSAT- vệ tinh dành cho dịch vụ truyền hình quáng bá đầu tiên được đưa
vào vận hành.
Ứng dụng lịch sử đầu tiên và quan trọng nhất cho liên lạc vệ tinh là điện thoại
xuyên lục địa. Điện thoại vệ tinh kết nối trực tiếp đến một chòm của vệ tinh địa tĩnh
hoặc vệ tinh quỹ đạo thấp. Cuộc gọi được chuyển đến cổng vệ tinh viễn thông kết nối
được với mạng điện thoại công cộng.
Dẫn đường - một trong những ứng dụng lơi cuốn của vệ tinh là hệ thống định vị
tồn cầu GPS (Global Positioning System).

4


Trong quân đội - Liên lạc vệ tinh được sử dụng trong các ứng dụng thông tin liên
lạc quân đội, như "hệ thống chỉ huy và điều khiển toàn cầu" (Global command and
control systems). Một số ví dụ về hệ thống sử dụng liên lạc vệ tinh trong quân đội như:
MILSTAR, DSCS, FLTSATCOM của quân đội Mĩ, những vệ tinh NATO, những vệ
tinh của Anh, những vệ tinh của liên bang Sô Viết. Rất nhiều các vệ tinh quân sự hoạt
động ở giả tân X, và một số còn sử dụng sóng radio UHF, trong khi đó MILSTAR cịn
tận dụng giải Ka.
Ngồi ra ứng dụng của thơng tin vệ tinh cịn có rất nhiều như: radio vệ tinh, radio
nghiệp dư, vệ tinh internet, …
Ngày nay gần như tất cả các quốc gia và vùng lãnh thổ trên thế giới đều sử dụng hệ

thống thông tin vệ tinh, bao gồm phát thanh truyền hình, thơng tin định vị, cứu hộ,
thơng tin di động vệ tinh.
1.5.2 Tại Việt Nam
Năm 2008, VINASAT-1 - vệ tinh viễn thông đầu tiên của Việt Nam được phóng
thành cơng vào quỹ đạo, phủ sóng phát thanh truyền hình và các dịch vụ thơng tin
khác tồn bộ lãnh thổ. Năm 2012, VINASAT-2 vệ tinh địa tĩnh thứ hai của Việt Nam
được phóng vào quỹ đạo. Năm 2013, đến lượt VN-RED SAT 1A vệ tinh viễn thám phi
địa tĩnh được đưa lên quỹ đạo, chụp ảnh khí tượng, đất đai, góp phần dự báo thời tiết,
phục vụ nơng nghiệp, an ninh, quốc phịng.

1.6 Sáu bài tập thơng tin vệ tinh
Bài 1
Cho một vệ tinh quỹ đạo elip có thơng số như sau. Bán kính trục lớn (Semimajor axis)
a = 41500 km. Phương sai (Eccentricity) e=0,005.
Độ dị thường trung bình của vệ tinh (Mean Anomaly) đo được lúc 00:00:00 GMT
ngày 11/06/2019 là M=28,36o.
a) Tính chu kì quay (T) của vệ tinh
b) Tìm vị trí của vệ tinh trên quỹ đạo ở thời điểm đo nêu trên
c) Tìm thời điểm lần tiếp theo vệ tinh đi qua cận điểm.

5


Bài làm:

a) Chu kì quay của vệ tinh:
3
(41500000)3
a
T =2 π

=2 π
=84136 ( s )=23 h :22 m:16 s
μ
3,986013 ×10 14

√

√

b) Vị trí vệ tinh trên quỹ đạo tại thời điểm đo cách tâm trái đất:
a(1−e2 )
41500000(1−0,005 2)
r0 =
=
=41317 (km)
1+e .cos ⁡(M ) 1+0,005. cos ⁡( 28,36)

c) ta có:
M =ω . ( t−t p ) =

360 °
∆t
T

Khoảng thời gian vệ tinh di chuyển từ vị trí cận điểm perigee đến vị trí đo được là:
C=

M . T 28,36 °
=
84136=6628 ( s )

360 ° 360 °

Khoảng thời gian từ vị trí vệ tinh đo được tới thời điểm lần tiếp theo vệ tinh đi
qua cận điểm là:

T −∆ t=84136−6628=77508 ( s )

Tức là lúc: 21h:31m:48s ngày 11/6/2019

Bài 2
Cho tuyến lên của vệ tinh địa tĩnh hoạt động ở tần số 6 GHz có các thơng số sau:
Trạm mặt đất có tọa độ (100N, 1060E), đường kính anten trạm mặt đất D = 12m, hiệu
suất 0,7. Máy phát được nối với anten qua cáp có suy hao 2dB. Vệ tinh có tọa độ
131.80E. Anten thu trên vệ tinh dạng Parabol có đường kính D = 2m, hiệu suất 0,6.
Chiều cao anten phát trạm mặt đất là 20m so với mực nước biển. Giả thiết lượng mưa
trung bình 50mm/h. Sóng phân cực trịn, bỏ qua tổn hao khí quyển khác. Góc lệch búp
sóng thu 0.50. Biết công suât phát trạm mặt đất 500W. Máy thu trên vệ tinh có hệ số
6


tạp âm 1,5 dB và nhiêt độ tạp âm anten thu trên vệ tinh là 400K. Trạm mặt đất truyền
băng thơng 4MHz, điều chế 8-PSK, α = 0,2.
a) Tính cơng suất bức xạ đẳng hướng tương đương (EIRP) của trạm mặt đất theo dBW
và hệ số phẩm chất của hệ thống thu trên vệ tinh.
b) Tính góc ngẩng và góc phương vị của anten trạm mặt đất.
c) Tính suy hao của đường truyền bao gồm cả suy hao do mưa.
d) Tính tỉ số sóng mang trên tạp âm (C/N) trên vệ tinh.
Bài làm:
a) Cự ly trạm mặt đất đến vệ tinh là
2

2
d ¿ ( R E +h) + R E −2 RE ( R E +h ) cos l E cos ⁡(L E−LS )

√

=√ (6378+ 35786)2 +63782 −2.6378. ( 6378+35786 ) . cos ( 10 ) . cos ⁡( 131,8−106)
= 36618 (Km)
Tính EIRP
 Tăng ích của anten trạm mặt đất
a

G Tx=ƞ .

2
πd 2
12
9
=0,7.( π
.6
.10
)
=397942.45=56(dbi )
λ
3.108

( )

EIRP(dBW )=PTx ( dbw )−LTx ( db ) +GaTx ( dbi )=10 log ⁡(500)−2+56=80 (dBW )

Tính hệ số phẩm chất G/T của vệ tinh

a

G Rx=ƞ .

2
πd 2
2
9
=0,6.(π
.6
.10
)
=9474.82=39.77(dbi )
λ
3.108

( )

 Nhiệt độ tạp âm của trạm thu vệ tinh :
T e =T 0 . ( NF −1 )=290. ( 10 0,15−1 )=120 K
T =T a +T e =120+ 400=520 K

 G/T (db/k) = G Rx(dbi)-10logT(K)=39.77-10log(520)=12,61

b) Tính góc ngẩng và góc phương vị của anten trạm mặt đất
Góc ngẩng của anten:
7


cos φ=cos L . cos l=cos 10 o . cos (131.8−106)=0,885⇒ sin φ=0,465

cos θ=

sin φ

√

2

a
a
1+
−2.
. cos φ
a+h
a+h

=0,535

( ) ( )
⇒ θ=57,6 4 o

Góc phương vị của anten trạm mặt đất
sin ξ=

sin l sin(131.8−106)
=
=0,936
sin φ
0,465

→ Góc phương vị :ξ=69.39 °

c) Tính P Rx
Suy hao đường truyền ( bỏ qua mưa )
LFS =92,44+ 20logd ( Km ) +20 logf (Ghz)
¿ 92,44+ 20 log36618 ( Km )+20 log6 (Ghz) = 199,28 (dB)

Suy hao do mưa

Drain=(hrain-hanten)/ sin(θ) =(5-0.02)/Sin(57,64)=5.68 Km
tần số 6 GHz, Giả thiết lượng mưa trung bình 50mm/h ta có:
αR
LR ( dB )=α R

dB
( Km
)=0,22dB/Km

dB
( Km
)× D ( Km) =0.22× 5,68=1.25( dB)
R

Tính suy hao của đường truyền bao gồm cả suy hao do mưa
LP =199.28+1.25=200.53(dB)

 Công suất tại đầu vào máy thu :
P Rx = EIRP - LP + G Rx -= 80-200.53+39.77= -80.76(dbw)

d) Tính C/N và C/ N 0

C
( db )=PRx ( dbw )−P N ( dbw)
N
P N =10 log( K . T . B)=¿ 10 log(1,38.10 ¿ ¿−23. ( 520 ) .4 . 106)=−135.42(db) ¿

8


C
( db )=−80,76+135.42=54,66(db).
N

Bài 3
Cho máy thu trên vệ tinh với ba khối như hình bên.
a) Tính nhiệt độ tạp âm tương đương của máy thu.
b) Giả sử nhiệt độ tạp âm của anten là 35K. Hãy tính cơng suất tạp âm (dBW) tại tần
số IF ở đầu ra.
c) Giả sử để giải điều chế tín hiệu IF thì tỷ số tín hiệu trên nhiễu SNR tối thiểu yêu cầu
là 25dB. Hãy tính cơng suất tín hiệu nhỏ nhất cần nhận được ở đầu vào anten (dBW).
Biết anten có hệ số tăng ích là 40dBi, nhiệt độ hoạt động của máy thu là 290K, băng
thơng 36MHz.

Bài làm:
a) Tính nhiệt độ tạp âm tương đương của máy thu:
Có NF 1=2,2db=1,66 ( lần )
G1=20 db=100(l ầ n)
L2=NF 2 =−1 db=0,8
G 2=

1

=1,25
L2

NF 3 =5 db=3,16

Ta có : NF =NF 1+

NF 2−1 NF 3−1
0,8−1 3,16−1
+
=1.66+
+
=1,68
G1
G1 . G2
100 100.1,25

G=G 1 +G 2 +G 3=20+ 1−1=20 (dB)

Nhiệt độ tạp âm tương đương của máy thu là

9


T=T 0.(NF-1)=290.(1,68-1)=197,2 k
b) Ta có
T=T a +T 0 .(NF-1)=35 + 197,2 =232,2 K
Công suất tạp âm :
P N =K . T . B . G

Hay P N = -228,6 + 10logT +10logB = -228,6 + 10log232,2 +10log(36.106 )+20
= -109,38 (dbw)
c) Có SNR out =25 db
SNR ¿=SNR out + NF=25+10 log 1,68=27,25 dB

Ta lại có
P N =k . T a . B=−228,6+10 log ( 35 )+ 10 log ( 36.106 )=−137,6 (dBW )

Công suất tối thiểu đầu vào máy thu:
P Rx=SNR ¿ + P N =27,25−137,6=−110,35( dBW )

Công suất tối thiểu đầu vào anten:
PS =PRx −G a =−110,35−40=−150,35(dBW )

Bài 4
Cho một vệ tinh quỹ đạo elip có thơng số như sau. Bán kính trục lớn (Semimajor axis)
a = 42000 km. Phương sai (Eccentricity) e=0,004.
Độ dị thường trung bình của vệ tinh (Mean Anomaly) đo được lúc 00:00:00 GMT
ngày 11/06/2019 là M=25,08o.
a) Tính chu kì quay (T) của vệ tinh
b) Tìm vị trí của vệ tinh trên quỹ đạo ở thời điểm đo nêu trên
c) Tìm thời điểm lần tiếp theo vệ tinh đi qua cận điểm.
Bài làm:

10


a) Chu kỳ quay của vệ tinh:

T =2 π

√

a3
μ

Với a = 42000 km; μ=3.98× 105 km3 / s2
420003
⇒ T =2 π
=85726 ( s )=23.81(h)
3.98× 105

√

b) Vị trí vệ tinh trên quỹ đạo tại thời điểm đo cách tâm trái đất:
r0 =

a(1−e2 )
42000000(1−0,004 2)
=
=41848(km)
1+e .cos ⁡(M ) 1+ 0,004.cos ⁡(25.08o )

c) Ta có:
M =ω . ( t−t p ) =

360 °
∆t
T

Khoảng thời gian vệ tinh di chuyển từ vị trí cận điểm perigee đến vị trí đo được là:
C=

M . T 25.08 ° × 85726
=
=5972 ( s )
360 °
360 °

Khoảng thời gian từ vị trí vệ tinh đo được tới thời điểm lần tiếp theo vệ tinh đi
qua cận điểm là:

T −∆ t=85726−5972=79754 ( s )

Tức là lúc: 22h:9m:14s ngày 11/6/2019

Bài 5
Cho tuyến xuống của vệ tinh địa tĩnh hoạt động ở tần số 4 GHz có các thơng số sau:
Vệ tinh có tọa độ 132,50E. Anten phát trên vệ tinh dạng Parabol có đường kính D =
2,4m, hiệu suất 0,65. Trạm mặt đất có tọa độ (110N, 1080E), đường kính anten trạm
mặt đất D = 10m, hiệu suất 0,65. Máy thu ở trạm mặt đất có hệ số tạp âm 2 dB được
nối với anten qua cáp có suy hao 1.5dB. Chiều cao anten thu trạm mặt đất là 15m so
với mực nước biển. Giả thiết lượng mưa trung bình 80mm/h. Sóng phân cực trịn, bỏ

11


qua tổn hao khí quyển khác. Biết trạm mặt đất nằm ở mép búp sóng vùng phủ 3dB của
vệ tinh. Nhiêt độ tạp âm của anten thu trạm mặt đất là là 550K.
a) Tính hệ số phẩm chất của trạm mặt đất.

b) Tính góc ngẩng và góc phương vị của anten trạm mặt đất.
c) Tính suy hao của đường truyền bao gồm cả suy hao do mưa.
d) Tính cơng suất phát tối thiểu của vệ tinh nếu trạm mặt đất u cầu tỉ số sóng mang
trên mật độ cơng suất tạp âm (C/N0) tối thiểu là 85dB.
Bài làm:
Cự ly trạm mặt đất đến vệ tinh là
d ¿ √( R E +h)2 + R E2−2 RE ( R E +h ) cos l E cos ⁡(L E−LS )
=√ (6378+ 35786)2 +63782 −2.6378. ( 6378+35786 ) . cos ( 11 ) . cos ⁡(132.5−108)

= 36579 (Km)
a.Tính hệ số phẩm chất G/T của vệ tinh:

Hệ sống tăng ích anten thu:

D 





GRx=

2

= 50.57(dB)

T = Ta+Te = 550+To(NF-1) = 550 + 290.(100,2 -1) = 720 K
=> G/T = GRx – 10log(720) = 22 (dB/K)
b.Tính góc ngẩng và góc phương vị của anten trạm mặt đất
Góc ngẩng của anten:

cos φ=cos L . cos l=cos 11o . cos(132.5−108)=0.893⇒ sin φ=0,450
cos θ=

sin φ

√

2

a
a
1+
−2.
. cos φ
a+h
a+h

=0,390

( ) ( )
⇒ θ=67.02 o

12


Góc phương vị của anten trạm mặt đất:
sin ξ=

sin l sin(132.5−108)
=

=0,922
sin φ
0,450

→ Góc phương vị :ξ=67.15 °

c.Tính suy hao đường truyền:
Suy hao đường truyền ( bỏ qua mưa )
LFS =92,44+ 20logd ( Km ) +20 logf (Ghz)

¿ 92,44+ 20 log 36579 ( Km ) +20 log 4(Ghz) = 195.7(db)

Suy hao do mưa

Drain=(hrain-hanten)/ sin(θ) =(8-0.015)/Sin(67.02)=8.67Km
tần số 4 GHz, Giả thiết lượng mưa trung bình 80mm/h ta có:
αR
LR ( dB )=α R

dB
( Km
)=0,35dB/Km

dB
( Km
)× D ( Km) =0.35 ×8.67=3.03(dB)
R

Tính suy hao của đường truyền bao gồm cả suy hao do mưa
LP =195.7+3.03=198.73(dB)

Bài 6
Cho máy thu trên vệ tinh với ba khối như hình bên.
a) Tính nhiệt độ tạp âm tương đương của máy thu.
b) Giả sử nhiệt độ tạp âm của anten là 55K. Hãy tính cơng
suất tạp âm (dBW) tại tần số IF ở đầu ra.
c) Giả sử để giải điều chế tín hiệu IF thì tỷ số tín hiệu trên nhiễu SNR tối thiểu u cầu
là 20dB. Hãy tính cơng suất tín hiệu nhỏ nhất cần nhận được ở đầu vào anten (dBW).
Biết anten có hệ số tăng ích là 30dBi, nhiệt độ hoạt động của máy thu là 290K, băng
thông 54MHz.

13


Bài làm:
a) Tính nhiệt độ tạp âm tương đương của máy thu:
Có NF 1=2,5 db=1,78 ( lần )
G 1=20 db=100(l ầ n)
L2=NF 2 =−1,5 db=0,71
G 2=

1
=1,41
L2

NF 3 =4 db=2,51

Ta có : NF =NF 1+

NF 2−1 NF 3−1

0,71−1 2,51−1
+
=1.78+
+
=1,79
G1
G1 . G2
100
100.1,41

G=G1 +G2 +G3=20+ 1,5−1=20,5 (dB)

Nhiệt độ tạp âm tương đương của máy thu là
T=T 0.(NF-1)=290.(1,79-1)=229 k
b) Ta có
T=T a +T 0 .(NF-1)=55 + 229 =284 K
Công suất tạp âm :

P N =K . T . B . G

Hay P N = -228,6 + 10logT +10logB = -228,6 + 10log284 +10log(54.106 )+20,5
= -106,24 (dbw)
c) Có SNR out =20 db
SNR ¿=SNR out + NF=20+10 log1,79=22,53 dB

Ta lại có
P N =k . T a . B=−228,6+10 log (55 )+ 10 log ( 54.10 6 )=−133,27 (dBW )

14

Công suất tối thiểu đầu vào máy thu:
P Rx=SNR ¿ + P N =22,53−133,27=−110,74 (dBW )

Công suất tối thiểu đầu vào anten:
PS =SNR¿ −Ga =−110,74−30=−140,74( dBW )

1.7 Bốn bài tập trong sách giáo trình thầy Vũ Văn Yêm
(Trang 123-Giáo Trình Hệ Thống Viễn Thông –Thầy Vũ Văn Yêm)

Bài 1
Bài làm:
Ta có sơ đồ:

LTx =3db

a) Cự ly trạm mặt đất đến vệ tinh là
d¿ √( R E +h)2 + R E2−2 RE ( R E +h ) cos l E cos ⁡(L E−LS )
=√ (6378+ 35786)2 +63782 −2.6378. ( 6378+35786 ) . cos ( 9.5 ) . cos ⁡(131,8−106)
= 36618 (Km)
b) Tính EIRP
Tăng ích của anten trạm mặt đất
a

G Tx ƞ .

2
πd 2
3
9

=0,5.(π
.6
.10
)
=17765,3=42,5( dbi)
λ
3.10 8

( )

EIRP(dBw )=PTx ( dbw )−LTx ( db ) +G aTx ( dbi )=16−3+42,5=55(dbW )

c) Tính P Rx
Suy hao đường truyền ( bỏ qua mưa )
LP =LFS up=92,44+20 logd ( Km ) +20 logf (Ghz)

15


¿ 92,44+ 20 log36618 ( Km )+20 log6 (Ghz) = 199,28 (db)

Công suất tại đầu vào máy thu :
P Rx = EIRP + LP + G Rx - LFRx =55,5-199,28+35-0=-108,78 (dbw)

d) Tính hệ số phẩm chất G/T của vệ tinh
Nhiệt độ tạp âm của trạm thu vệ tinh :
T =T 0 . ( NF−1 )=290. (2−1 )=290 K
G dB
=G Rx (dbi)−10 logT ( K )=35−10 log 290=10,38
T K

( )

e) Tính C/N và C/ N 0
C
( db )=PRx ( dbw )−P N ( dbw)
N
P N =10log(K.T.B)=10log(K.T.

Rb
2. 106
−23
¿=10log(1,38.10 .290 .
¿=−146,98(db)
log 2 M
log 2 16

C
( db )=−108,78+145,98=38,2(db)
N
6
C
( db )= C ( db )+10logB=38,2+10log( 2. 10 ¿=95,2 (db)
N0
N
log 2 16

Bài 2

PTX =200 w=23 dbw

a) Hệ số tăng ích của anten là
2

πd 2
π × 15× 6 ×109
GTX =ƞ .
=0,5 ×
= 444132=56,48 dbi
λ
3 ×108

( )

(

)

Cơng suất bức xạ đẳng hướng tương đương của trạm mặt đất là

16


EIRP (dbw)= PTX (dbw) - LTX (db) + G TX (dbi) = 23 -2 +56,48 =77,48 dbw
b) Ta có NF= 3 db= 2 lần
Hệ số tăng ích của anten thu trên vệ tinh là
2

πd 2
π × 2× 6 ×10 9

G RX=ƞ .
=0,6×
=9474,82=39,77 dbi
λ
3 ×108

( )

(

)

Nhiệt độ tạp âm của hệ thống thu là
T=T a +T 0 .(NF-1)= 200k + 290.(2-1)=490k
Hệ số phẩm chất G/T của trạm thu vệ tinh là
G
=¿ G RX – 10log T =39,77 – 10log 490 =12,87
T

c) Cự ly thông tin từ mặt đất tới vệ tinh là

d  (a  h) 2  a 2  2a(a  h).cosl E .cos(L E  L s )
d= √(6378+35786)2+ 63782−2.6378 . ( 6378+35786 ) .cos ( 21 ) . cos ⁡(106−132)

= 36975 (km)
Suy hao truyền sóng trong khơng gian tự do là
LFS =92,44+ 20logd + 20logf =199,36 db

Băng thông của hệ thống là: B = Rboud x (1 + alpha)
R bit

2 ×2,048 × 106
×
(
1+α
)
=
× ( 1+0,2 ) =2,4576 Mhz
B=
log 2 M
log 2 4

Công suất tạp âm tại đầu vào máy thu trên vệ tinh là
P N = 10log(KTB) = 10log (1,38×10−23 × 490 ×2,4576 ×106 )

= -137,8 dbw
Cơng suất tại đầu vào máy thu vệ tinh là
P RX ( dbw ) =EIRP ( dbw )−¿ LFS ( db )+G RX (dbi)

=77,48-199,36+39,77= -82,11 (dbw)

17