Đề tài Tính can nhiễu giữa các vệ tinh

Đồ án tốt nghiệp Tính can nhiễu giữa các vệ tinh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 1 MỤC LỤC MỤC LỤC ...................................................................................................................1 CÁC HÌNH VẼ SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN ....................................................4 CÁC BẢNG BIỂU SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN ..............................................6 CÁC TỪ VIẾT TẮT SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN............................................7 TÓM TẮT ĐỒ ÁN .................................................... Error! Bookmark not defined. LỜI NÓI ĐẦU ..........................................................................................................10 CHƢƠNG I ...............................................................................................................11 TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN VỆ TINH .............................................................11 1.1. Giới thiệu ........................................................................................................11 1.1.1. Lịch sử phát triển của thông tin vệ tinh ...................................................11 1.1.2. Cấu trúc tổng thể của một đƣờng thông tin vệ tinh .................................13 1.1.3. Các đặc điểm của thông tin vệ tinh ..........................................................13 1.2. Các dạng quỹ đạo của vệ tinh .........................................................................15 1.2.1. Các dạng quỹ đạo của vệ tinh ..................................................................15 1.2.2. Các thông số chính của vệ tinh địa tĩnh ...................................................17 1.3. Những vấn đề chung của thông tin vệ tinh .....................................................19 1.3.1. Các phƣơng pháp đa truy nhập vệ tinh ....................................................19 1.3.2. Các băng tần cho thông tin vệ tinh ..........................................................25 1.4. Các loại dịch vụ trong thông tin vệ tinh .........................................................31 1.5. Định vị và duy trì vệ tinh trên quỹ đạo...........................................................32 a. Phóng vệ tinh lên quỹ đạo địa tĩnh.................................................................32 b. Đƣa vệ tinh vào quỹ đạo đĩa tĩnh ...................................................................33 c. Duy trì vệ tinh trên quỹ đạo ...........................................................................34 CHƢƠNG II ..............................................................................................................35 TỔNG QUAN VỀ VỆ TINH VIỄN THÔNG VINASAT ........................................35 2.1. Các thông số chính của vệ tinh Vinasat .........................................................36 2.1.1. Các thông số kỹ thuật chính của vệ tinh Vinasat .....................................36 2.1.2. Các giới hạn khai thác của vệ tinh Vinasat ..............................................37 2.2. Phần không gian .............................................................................................39 Đồ án tốt nghiệp Tính can nhiễu giữa các vệ tinh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 2 2.2.1. Bộ phát đáp ..............................................................................................39 2.2.2. Máy thu băng rộng ...................................................................................40 2.2.3. Bộ phân kênh vào ....................................................................................42 2.2.4. Bộ khuếch đại công suất ..........................................................................44 2.2.5. Phân hệ anten ...........................................................................................44 2.2.6. Phân hệ thông tin .....................................................................................46 2.2.7. Phân hệ đo bám và điều khiển từ xa ........................................................47 2.3. Phần mặt đất ...................................................................................................49 2.3.1. Hệ thống TVRO .......................................................................................49 2.3.2. Trạm mặt đất thu, phát .............................................................................49 2.4. Các sơ đồ phân kênh của vệ tinh Vinasat .......................................................51 2.5. Vùng phủ sóng vệ tinh Vinasat ......................................................................54 CHƢƠNG III ............................................................................................................55 SUY HAO TRONG THÔNG TIN VỆ TINH ...........................................................55 3.1. Suy hao trong thông tin vệ tinh ......................................................................55 3.1.1. Suy hao trong không gian tự do ...............................................................55 3.1.2. Suy hao do tầng đối lƣu ...........................................................................56 3.1.3. Suy hao do tầng điện ly ...........................................................................57 3.1.4. Suy hao do thời tiết ..................................................................................57 3.1.5. Suy hao do đặt anten chƣa đúng ..............................................................58 3.1.6. Suy hao trong thiết bị thu .........................................................................58 3.1.7. Suy hao do phân cực không đối xứng .....................................................58 3.1.8. Nhiễu từ vệ tinh khác ...............................................................................58 3.1.9. Trễ truyền dẫn ..........................................................................................59 3.2. Lý thuyết tính toán..........................................................................................59 3.2.1. Một số thuật ngữ và lý thuyết tính toán ...................................................59 3.2.2. Khảo sát thông số EIRP và G/T ở nƣớc ta...............................................62 CHƢƠNG IV ............................................................................................................64 TÍNH NHIỄU ẢNH HƢỞNG GIỮA VỆ TINH VINASAT VỚI VỆ TINH LÂN CẬN ..........................................................................................................................64 4.1. Giá trị ngƣỡng của ∆T/T ................................................................................64 Đồ án tốt nghiệp Tính can nhiễu giữa các vệ tinh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 3 4.2. Chồng lấn tần số giữa hai vệ tinh ...................................................................67 4.2.1. Chồng lấn tần số chỉ downlink (wanted) .................................................67 4.2.2. Chồng lấn tần số chỉ uplink (wanted) .....................................................67 4.2.3. Chồng lấn tần số chỉ uplink (interfering) .................................................68 4.2.4. Chồng lấn tần số chỉ downlink (interfering) truyền đến ES ....................68 4.2.5. Chồng lấn tần số cả uplink và downlink ..................................................69 4.2.6. Chồng lấn tần số với interfering chỉ downlink tác động đến SAT ..........69 4.2.7. Chồng lấn tần số với interfering chỉ downlink tác động đến SAT (SAT chỉ uplink) ..........................................................................................................70 4.3. Cung Phối Hợp Quỹ Đạo ...............................................................................70 4.4. Tính C/I ..........................................................................................................71 4.5. Tính toán thực tế .............................................................................................74 CHƢƠNG V ..............................................................................................................79 XÂY DỰNG PHẦN MỀM TÍNH CAN NHIỄU GIỮA VỆ TINH VINASAT VỚI VỆ TINH LÂN CẬN ................................................................................................79 TỔNG KẾT ...............................................................................................................85 TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................86 PHỤ LỤC ..................................................................................................................87 Đồ án tốt nghiệp Tính can nhiễu giữa các vệ tinh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 4 CÁC HÌNH VẼ SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN Hình vẽ Nội dung Trang Hình 1.1 Sơ đồ đường thông tin vệ tinh 13 Hình 1.2 Ba dạng quỹ đạo cơ bản của vệ tinh 16 Hình 1.3 Tóm tắt các dạng quỹ đạo của vệ tinh 16 Hình 1.4 “Góc nhìn” từ vệ tinh địa tĩnh 18 Hình 1.5 Vị trí 3 vệ tinh địa tĩnh phủ sóng toàn cầu 19 Hình 1.6 Các thông số hình học giữa trạm mặt đất và vệ tinh 19 Hình 1.7 Băng thông sóng mang truyền dẫn theo các kỹ thuật truy nhập FDMA, TDMA, CDMA 24 Hình 1.8 Sự phụ thuộc hấp thụ khí quyển vào tần số 26 Hình 1.9 Quỹ đạo Hohman 33 Hình 2.1 Quy hoạch tần số và phân cực, tần số trên hình vẽ đo bằng MHz 39 Hình 2.2 Các kênh của bộ phát đáp vệ tinh 40 Hình 2.3 Máy thu băng rộng vệ tinh 42 Hình 2.4 Bộ phân kênh vào 43 Hình 2.5 Sơ đồ khối và biểu đồ các mức tương đối điển hình trong một bộ phát đáp 44 Hình 2.6 Phân hệ anten cho vệ tinh 46 Hình 2.7 Sơ đồ khối phân hệ thông tin cho vệ tinh 47 Hình 2.8 Sơ đồ khối trạm mặt đất 50 Hình 3.1 Tổn hao Fiđơ 58 Hình 3.2 Can nhiễu giữa các hệ thống thông tin vệ tinh 59 Hình 3.3 Góc ngẩng vệ tinh 60 Hình 4.1 Giá trị C/N 64 Hình 4.2 Sơ đồ tuyến thông tin vệ tinh 65 Hình 4.3 Vệ tinh gây nhiễu 66 Đồ án tốt nghiệp Tính can nhiễu giữa các vệ tinh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 5 Hình 4.4 Chồng lấn tần số chỉ downlink (wanted) 67 Hình 4.5 Chồng lấn tần số chỉ uplink (wanted) 67 Hình 4.6 Chồng lấn tần số chỉ uplink (interfering) 68 Hình 4.7 Chồng lấn tần số chỉ downlink (interfering) truyền đến ES 68 Hình 4.8 Chồng lấn tần số cả uplink và downlink 69 Hình 4.9 Chồng lấn tần số với interfering chỉ downlink tác động đến Sat 69 Hình 4.10 Chồng lấn tần số với interfering chỉ downlink tác động đến Sat (Sat chỉ uplink) 70 Hình 4.11 Nghiên cứu tình huống 1 74 Hình 4.12 Nghiên cứu tình huống 2 76 Hình 5.1 Thuật toán chương trình 80 Hình 5.2 Giao diện chính 81 Hình 5.3 Interfering Sat F, P, Orbit... 81 Hình 5.4 Wanted Sat F, P, Orbit... 82 Hình 5.5 Công cụ tính toán 83 Hình 5.6 Các kết quả d, L, θ... 83 Hình 5.7 Các kết quả ∆Te, ∆Ts, M… 84 Đồ án tốt nghiệp Tính can nhiễu giữa các vệ tinh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 6 CÁC BẢNG BIỂU SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN Bảng Nội Dung Trang Bảng 1.1 Các tham số chính của vệ tinh trong băng tần C 26 Bảng 1.2 Các tham số chính của trạm mặt đất trong băng tần C 27 Bảng 1.3 Các tham số chính của vệ tinh băng tần Ku điển hình 28 Bảng 1.4 Các tham số chính của trạm mặt đất băng tần Ku điển hình 29 Bảng 1.5 Các tham số chính của vệ tinh băng tần Ka điển hình 29 Bảng 1.6 Các tham số chính của trạm mặt đất băng tần Ka điển hình 30 Bảng 2.1 Phân kênh tần số đường lên băng C 51 Bảng 2.2 Phân kênh tần số đường xuống băng C 51 Bảng 2.3 Phân kênh tần số đường lên băng Ku 52 Bảng 2.4 Phân kênh tần số đường xuống băng Ku 53 Bảng 3.1 EIRP và G/T ở băng tần C 62 Bảng 3.2 EIRP và G/T ở băng tần Ku 63 Đồ án tốt nghiệp Tính can nhiễu giữa các vệ tinh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 7 CÁC TỪ VIẾT TẮT SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN TTVT TTVT Thông tin vệ tinh SES Satellite earth station Vệ tinh địa tĩnh Ethnic and language Ethnic and language Các nhóm ngôn ngữ và dân tộc VSAT Small aperture terminals Anten thu vệ tinh nhỏ HEO High earth orbits Quỹ đạo tầm cao LEO Low earth orbits Quỹ đạo thấp GEO GEO-stationary earth orbits Quỹ đạo địa tĩnh S S Cự ly từ trạm mặt đất đến vệ tinh C C Vận tốc ánh sáng T T Thời gian trễ truyền sóng từ một trạm mặt đất đến vệ tinh FDMA Frequency division multiple acces Đa truy nhập phân chia theo tần số TDMA Time division multiple acces Đa truy nhập phân chia theo thời gian CDMA Code division multiple acces Đa truy nhập phân chia theo mã MF/TDMA Multiple frequency Đa truy nhập phân chia theo thời gian / Đa tần số MF/CDMA Multiple frequency Đa truy nhập phân chia theo mã / Đa tần số CPDMA Code phase division multiple acces Đa truy nhập phân chia theo pha mã MF/CPDMA Multiple frequency Đa truy nhập phân chia theo pha mã / Đa tần MCPC Multi channel per carrier Đa kênh trên một sóng mang IDR IDR Sóng mang điều chế số Đồ án tốt nghiệp Tính can nhiễu giữa các vệ tinh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 8 FDM FDM Ghép kênh phân chia theo tần số TDM TDM Ghép kênh phân chia theo thời gian FEC Forward error correct Mã sửa lỗi trước Backoff Backoff Độ lùi VNPT VNPT Tập đoàn Bưu chính Viễn thông Việt Nam EIRP Equivalent isotropic radiated power Công suất bức xạ đẳng hướng bộ phát đáp IBO Input back off power Độ lùi công suất đầu vào bộ phát đáp OBO Output back off power Độ lùi công suất đầu ra bộ phát đáp SFD SFD Mật độ thông lượng bão hòa bộ phát đáp G/T G/T Hệ số khuếch đại trên nhiệt tạp âm bộ phát đáp SCPC Single channel per carrier Đơn kênh trên 1 sóng mang U Uplink Tuyến lên V Vertically Phân cực đứng BSS Broadcast satellite service Dịch vụ quảng bá qua vệ tinh C/N Carrier/Noise Tỷ số sóng mang trên nhiễu D Downlink Tuyến xuống DBS Digital broadcasting system Hệ quảng bá kỹ thuật số ES Earth station Trạm mặt đất FSS Fixed satellite service Dịch vụ vệ tinh cố định H Horizontally Phân cực ngang HPA High power amplifiers Khuếch đại công suất cao Đồ án tốt nghiệp Tính can nhiễu giữa các vệ tinh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 9 TÓM TẮT ĐỒ ÁN  Trong đồ án này, chúng ta sẽ tìm hiểu về hệ thống thông tin vệ tinh nói chung và vệ tinh VINASAT của Việt Nam nói riêng. Trên cơ sở dữ liệu và số liệu đã có giúp ta tính toán các nhiễu ảnh hƣởng đến vệ tinh VINASAT, để đƣa ra biện pháp khắc phục đến mức tối đa nhiễu ảnh hƣởng đến vệ tinh VINASAT.  Cụ thể đồ án đƣợc chia làm 5 chƣơng nhƣ sau: - Chƣơng 1: Tổng quan về thông tin vệ tinh - Chƣơng 2: Tổng quan về vệ tinh viễn thông Vinasat - Chƣơng 3: Suy hao trong thông tin vệ tinh - Chƣơng 4: Tính nhiễu ảnh hƣởng giữa vệ tinh Vinasat với vệ tinh lân cận - Chƣơng 5: Xây dựng phần mềm tính can nhiễu giữa vệ tinh Vinasat với vệ tinh lân cận ABSTRACT  In this project, we will learn about satellite communication systems in general and Vietnam's Vinasat particular. Based on the data and the data has helped us to calculate the noise impact Vinasat, to offer remedies to the maximum noise affecting Vinasat.  Project is divided into 5 chapters as follows: - Chapter 1: General about satellite communication - Chapter 2: General about Vinasat telecommunication satellite - Chapter 3: Attenuation in satellite communication - Chapter 4: Interference effects between satellite Vinasat nearby - Chapter 5: Develop computer software Vinasat interference between adjacent satellite Đồ án tốt nghiệp Tính can nhiễu giữa các vệ tinh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 10 LỜI NÓI ĐẦU Thông tin vệ tinh mới chỉ xuất hiện trong hơn năm thập kỷ qua nhƣng đã phát triển rất nhanh chóng trên thế giới cũng nhƣ trong nƣớc ta, mở ra một thời kỳ mới cho sự phát triển trong mọi lĩnh vực khoa học cũng nhƣ đời sống nói chung và đặc biệt ngành viễn thông nói riêng. Thông tin vệ tinh có ƣu điểm nổi bật là vùng phủ sóng rất rộng, triển khai lắp đặt nhanh và khả năng cung cấp dịch vụ đa dạng cho ngƣời dùng. Nó là phƣơng tiện hữu hiệu nhất để kết nối thông tin liên lạc với các vùng xa xôi, biên giới, hải đảo, nơi mà mạng thông tin cố định không thể tới đƣợc, đồng thời thông tin vệ tinh nhờ ƣu điểm triển khai lắp đặt và thiết lập liên lạc nhanh sẽ là phƣơng tiện liên lạc cơ động giúp ứng cứu kịp thời trong các tình huống khẩn cấp. Đề tài này cung cấp những thông tin của vệ tinh nói chung và vệ tinh VINASAT của Việt Nam nói riêng, trên cơ sở dữ liệu và số liệu đã có giúp ta tính toán các nhiễu ảnh hƣởng đến vệ tinh VINASAT, để đƣa ra biện pháp khắc phục đến mức tối đa nhiễu ảnh hƣởng đến vệ tinh VINASAT. Tài liệu tham khảo dựa trên một số giáo trình đƣợc cung cấp bởi trƣơng ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI và một số tài liệu nƣớc ngoài, do thời gian hạn chế và trình độ có hạn , nên các vần đề trình bày có thể còn nhiều thiếu sót, tôi sẽ tiếp tục cập nhật, sửa chữa và bổ sung cho hoàn thiện. Tôi xin chân thành cảm ơn Giảng Viên Nguyễn Tiến Khải đã tận tình hƣớng dẫn, giúp đỡ tôi về hƣớng nghiên cứu, tài liệu, phƣơng pháp làm việc trong thời gian thực hiện bản luận án này. Tôi cũng xin chân thành cảm ơn tập thể công ty “Cục tần Số Vô Tuyến Điện” đã đóng góp những ý kiến và tài liệu hết sức quý báu để tôi hoàn thiện bản luận án này. Đồ án tốt nghiệp Tính can nhiễu giữa các vệ tinh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 11 CHƢƠNG I TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN VỆ TINH * Nội dung chính của chƣơng gồm: + Giới thiệu lịch sử phát triển và đặc điểm của thông tin vệ tinh + Dạng quỹ đạo và thông số vệ tinh + Phƣơng pháp truy nhập và phân bổ tần số + Dịch vụ khai thác + Định vị và duy trì 1.1. Giới thiệu 1.1.1. Lịch sử phát triển của thông tin vệ tinh  Vào cuối thế kỷ 19, nhà bác học Nga Tsiolkovsky (1857-1935) đã đƣa ra các khái niệm cơ bản về tên lửa đẩy dùng nhiên liệu lỏng. Ông cũng đƣa ra ý tƣởng về tên lửa đẩy nhiều tầng, các tàu vũ trụ có ngƣời điều khiển thăm dò vũ trụ.  Năm 1926 Robert Hutchinson Goddard thử nghiệm thành công tên lửa đẩy dung nhiên liệu lỏng.  Tháng 5 năm 1945 Arthur Clarke nhà vật lý nổi tiếng ngƣời Anh đồng thời là tác giả của mô hình viễn tƣởng thông tin toàn cầu, đã đƣa ra ý tƣởng sử dụng một hệ thống gồm 3 vệ tinh địa tĩnh dùng để phát thanh quảng bá trên toàn thế giới.  Tháng 10 năm 1957 lần đầu tiên trên thế giới, Liên Xô phóng thành công vệ tinh nhân tạo SPUTNIK – 1. Đánh dấu một kỷ nguyên về thông tin vệ tinh (TTVT).  Năm 1958 bức điện đầu tiên đƣợc phát qua vệ tinh SCORE của Mỹ, bay ở quỹ đạo thấp.  Năm 1963 một vệ tinh địa tĩnh đầu tiên có tên là SYNCOM, có độ cao bay 36000 km đã truyền hình trực tiếp thế vận hội Olympic Tokyo từ Nhật về Mỹ. Đồ án tốt nghiệp Tính can nhiễu giữa các vệ tinh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 12  Năm 1964 thành lập tổ chức TTVT quốc tế INTELSAT.  Năm 1965 ra đời hệ thông TTVT thƣơng mại đầu tiên INTELSAT – 1 với tên gọi Early Bird.  Năm 1965 Liên Xô phóng TTVT MOLNYA lên quỹ đạo elip.  Năm 1971 thành lập tổ chức TTVT quốc tế INTERSPUTNIK gồm Liên Xô và 9 nƣớc XHCN.  Năm 1972 – 1976 Canada, Mỹ, Liên Xô, Indonexia sử dụng vệ tinh cho thông tin nội địa.  Năm 1979 thành lập tổ chức thông tin hàng hải quốc tế qua vệ tinh INMARSAT.  Năm 1984 Nhật Bản đƣa vào sử dụng hệ thống truyền hình trực tiếp qua vệ tinh.  Năm 1987 thử nghiệm thành công vệ tinh phục vụ cho thông tin di động qua vệ tinh.  Từ 1999 đến nay, ra đời ý tƣởng và hình thành hệ thống thông tin di động và thông tin băng rộng toàn cầu sử dụng vệ tinh. Các hệ thống điển hình nhƣ GLOBAL STAR, IRIDIUM, ICO, SKYBRIGDE, TELEDESIC. Một số mốc đánh dấu sự phát triển của hệ thống TTVT ở Việt Nam:  Năm 1980 khánh thành trạm TTVT mặt đất HOASEN – 1 nằm trong hệ thống TTVT INTERPUTNIK, đƣợc đặt tại làng DO LỄ - KIM BẢNG – HÀ NAM.  Năm 1984 khánh thành trạm mặt đất HOASEN – 2 đặt tại TPHCM.  Tháng 8 năm 1994 Việt Nam gia nhập tổ chức INTELSAT.  Ngày 24/09/1998 Thủ Tƣớng Chính Phủ ra quyết định 868/QĐ-TTG về việc thông qua báo cáo tiền khả thi dự án phóng vệ tinh viễn thông VINASAT lên quỹ đạo địa tĩnh do VNPT làm chủ đầu tƣ.  Lúc 5h50 rạng sáng ngày 19/4, tên lửa Ariane 5 của Arianespace đã kết thúc cuộc hành trình đƣa cùng lúc hai vệ tinh Star One C2 của Brazil và Vinasat-1 của Việt Nam vào quỹ đạo. Đồ án tốt nghiệp Tính can nhiễu giữa các vệ tinh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 13 1.1.2. Cấu trúc tổng thể của một đƣờng thông tin vệ tinh Muốn thiết lập một đƣờng TTVT, trƣớc hết phải phóng một vệ tinh lên quỹ đạo và có khả năng thu phát sóng vô tuyến điện. Vệ tinh có thể là vệ tinh thụ động, chỉ phản xạ sóng vô tuyến một cách thụ động mà không khuếch đại và biến đổi tần số. Hầu hết các vệ tinh hiện nay là vệ tinh tích cực. Vệ tinh sẽ thu tín hiệu từ trạm mặt đất, (SES: Satellite Earth Station) biến đổi, khuếch đại và phát lại đến một hoặc nhiều trạm mặt đất khác. Hình 1.1 chỉ ra một đƣờng thông tin qua vệ tinh giữa hai trạm mặt đất. Tín hiệu từ một trạm mặt đất đến vệ tinh, gọi là đƣờng lên (uplink), và tín hiệu từ vệ tính đến trạm mặt đất gọi là đƣờng xuống (downlink). Thiết bị thông tin trên vệ tinh bao gồm một số bộ phát đáp sẽ khuếch đại tín hiệu ở các băng tần nào đó lên một công suất đủ lớn và phát trở về mặt đất. Hình 1.1. Sơ đồ đường thông tin vệ tinh 1.1.3. Các đặc điểm của thông tin vệ tinh TTVT là một trong những hệ thống truyền dẫn vô tuyến, sử dụng vệ tinh để chuyển tiếp tín hiệu đến các trạm mặt đất. vì trạm chuyển tiếp có độ cao rât lớn nên TTVT có những ƣu điểm so với các hệ thống viễn thông khác đó là: 1. Giá thành TTVT không phụ thuộc vào cự ly giữa 2 trạm. Giá thành nhƣ nhau khi truyền ở cự ly 5000km và 100km. 2. Có khả năng thông tin quảng bá cũng nhƣ thông tin điểm nối điểm. Một vệ tinh có thể phủ sóng cho một vùng rộng lớn trên mặt đất (vệ tinh đĩa tĩnh ở Đồ án tốt nghiệp Tính can nhiễu giữa các vệ tinh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 14 búp sóng toàn cầu có vùng phủ sóng chiếm 1/3 bề mặt trái đất), nhƣ vậy một trạm mặt đất có thể thông tin với nhiều trạm mặt đất khác trong vùng phủ sóng đó. Nếu có 3 vệ tinh địa tĩnh phóng lên ở 3 vị trí thích hợp thì sẽ phủ sóng toàn cầu do đó các dịch vụ thông tin toàn cầu sẽ đƣợc thực hiện. 3. Có khả năng băng rộng. Các bộ lặp trên vệ tinh thƣờng là các thiết bị có băng tần rộng, có thể thực hiện nhiều loại dịch vụ thông tin băng rộng cũng nhƣ các dịch vụ khác. Độ rộng băng tần của mỗi bộ lặp (repeater) có thể lên đến hàng chục MHZ. Mỗi bộ lặp có thể sử dụng cho 2 trạm mặt đất cho vùng phủ sóng của vệ tinh. Các hệ thống thông tin trên mặt đất thƣờng giới hạn ở cự ly gần (ví dụ nhƣ truyền hình nội hạt) hoặc cho các trung kế dung lƣợng nhỏ giữa các thị trƣờng chính. 4. Ít chịu ảnh hƣởng bởi địa hình của mặt đất. Do độ cao bay lớn nên TTVT không bị ảnh hƣởng bởi địa hình thiên nhiên nhƣ đồi núi, thành phố, sa mạc, đại dƣơng. Sóng vô tuyến chuyển tiếp qua vệ tinh có thể truyền tới các vùng xa xôi hẻo lánh, hải đảo. Bởi vậy thông tinh vệ tinh là phƣơng tiện thông tin tốt nhất cho các vùng nông thôn và các vùng chƣa phát triển. TTVT có thể cung cấp các loại dịnh vụ phổ thông cho cả thành phố, nông thôn cũng nhƣ miền núi và hải đảo (ví dụ truyền hình, điện thoại dung lƣợng nhỏ). TTVT đẩy nhanh sự phát triển nền công nghiệp và các phƣơng tiện xử lý số liệu ở nông thôn. TTVT là loại hình dịch vụ viễn thông có thể phục vụ cho cả vùng phát triển và chƣa phát triển. 5. Dịch vụ TTVT có băng tần rộng và có thể truyền tới bất kỳ nơi nào trên thế giới đã đƣa đến việc tìm ra các thị trƣờng mới cũng nhƣ mở rộng các thị trƣờng dịch vụ hạ tầng và các đƣờng thông tin đã đƣợc sử dụng trên mặt đất. Nhờ vệ tinh đã đẩy nhanh sự phát triển của các mạng truyền hình cáp, truyền hình trả tiền (pay TV), các nhóm ngôn ngữ và dân tộc ( ethnic and language), các nhóm tôn giáo, thể thao và các tin tức. 6. Các dịch vụ mới. Do những khả năng đặc biệt của thông tin vệ tinh nên đã đƣa vào các khái niệm mới cho lĩnh vực viễn thông. Trƣớc khi có thông tin vệ tinh (trƣớc năm 1958), hầu hết các dịch vụ viễn thông quốc tế đều sử dụng Đồ án tốt nghiệp Tính can nhiễu giữa các vệ tinh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 15 sóng ngắn phản xạ tầng điện ly. Thông tin này đã không đáp ứng đƣợc các yêu cầu do chất lƣợng xấu,dung lƣợng thấp, băng tần hẹp, ngay cả khi công nghệ của loại hình viễn thông này đạt tới mức giới hạn. 7. Các dịch vụ cá nhân của khách hàng. Các trạm mặt đất nhỏ với các anten kích thƣớc bé có thể truy cập đến các cơ sở dữ liệu, các cơ quan bộ và các hệ thống quản lý thông tin. Các trạm này có các thiết bị đầu cuối kích thƣớc rất nhỏ, gọi là VSAT (very small aperture terminals). Các đầu cuối này thƣờng đƣợc đặt tại nhà của khách hàng hay các khu vực có các yêu cầu dịch vụ phổ thông với dung lƣợng nhỏ. 1.2. Các dạng quỹ đạo của vệ tinh 1.2.1. Các dạng quỹ đạo của vệ tinh  Có hai dạng quỹ đạo là quỹ đạo elip và quỹ đạo tròn.  Quỹ đạo elip chỉ có một dạng quỹ đạo elip cao (HEO) mà điển hình là vệ tinh Molniya của Liên Xô (nên còn gọi là quỹ đạo Molniya), độ nghiêng của mặt phẳng quỹ đạo so với mặt phẳng xích đạo là 65 độ, cận điểm là 1000 km và viễn điểm là 39.400 km, chu kỳ quỹ đạo là 11gi58ph.  Dạng quỹ đạo tròn có thể có ba loại: quỹ đạo thấp (LEO) (500km < h < 10.000km), quỹ đạo trung bình (MEO) (10.000km < h < 20.000km), quỹ đạo cao (HEO) hay quỹ đạo đồng bộ khi vệ tinh bay ở độ cao 35.768 km, lúc đó chu kỳ bay của vệ tinh bằng chu kỳ tự quay của quả đất bằng 23gi56ph04s.  Trong quỹ đạo tròn lại có thể chia ra: - Quỹ đạo cực tròn, mặt phẳng quỹ đạo vuông góc với mặt phẳng xích đạo, nghĩa là mỗi vòng bay của vệ tinh sẽ đi qua hai cực quả đất. - Quỹ đạo tròn nghiêng khi mặt phẳng quỹ đạo nghiêng một góc nào đó so với mặt phẳng xích đạo. - Quỹ đạo xích đạo tròn, khi mặt phẳng quỹ đạo trùng với mặt phẳng xích đạo. Trong quỹ đạo xích đạo tròn nếu chiều bay vệ tinh cùng chiều với chiều quay quả đất và có chu kỳ bằng chu kỳ quay của quả đất gọi là quỹ đạo địa tĩnh (GEO). Đồ án tốt nghiệp Tính can nhiễu giữa các vệ tinh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 16 Hình 1.2. Ba dạng quỹ đạo cơ bản của vệ tinh  Có thể tóm tắt các dạng quỹ đạo của vệ tinh bằng sơ đồ dƣới đây Hình 1.3. Tóm tắt các dạng quỹ đạo của vệ tinh Đồ án tốt nghiệp Tính can nhiễu giữa các vệ tinh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 17 Từ các dạng quỹ đạo nêu trên thì vệ tinh địa tĩnh là vệ tinh sử dụng cho thông tin là lý tƣởng nhất vì nó đứng yên khi quan sát từ một vị trí cố định trên mặt đất. nghĩa là thông tin sẽ đƣợc đảm bảo liên tục, ổn định trong 24 giờ đối với các trạm nằm trong vùng phủ sóng mà không cần chuyển đổi sang một vệ tinh khác. Bởi vậy hầu hết các hệ thống thông tin vệ tinh cố định đều sử dụng vệ tinh địa tĩnh. 1.2.2. Các thông số chính của vệ tinh địa tĩnh  Để có một vệ tinh địa tĩnh phải có các điều kiện: - Vệ tinh phải có chu kỳ bay bằng chu kỳ tự quay xunh quanh trục của quả đất, chu kỳ đó theo giờ thiên văn là 23gi56ph04s hoặc 1436 phút. - Mặt phẳng quỹ đạo vệ tinh trùng với mặt phẳng xích đạo, nghĩa là vệ tinh phải bay ở quỹ đạo xích đạo tròn và bay cùng chiều quay của quả đất.  Với quỹ đạo địa tĩnh vệ tinh có các đặc điển sau: - Bán kính bay của quỹ đạo là r =42.164 km - Độ cao bay là h =42.164 km – 6378 km = 35.786 km. - “Góc nhìn” từ vệ tinh xuống trái đất, là góc hợp bởi hai đƣờng thẳng nối từ tâm vệ tinh và tiếp tuyến với mặt đất tại một điểm, nhƣ trên hình 1.4. =81độ3 - Vệ tinh chỉ “ nhìn thấy” các vĩ độ 81độ3 Bắc và Nam, với góc ngẩng bắng 0 độ. Nhƣ vậy ở các vĩ độ cao hơn 81độ3 Bắc va Nam là không “nhìn thấy” vệ tinh địa tĩnh, có nghĩa là các vùng cực không thể thông tin qua vệ tinh địa tĩnh. - Vùng “nhìn thấy” của vệ tinh trên mặt đất của một vệ tinh địa tĩnh sẽ là khoảng 45% diện tích bề mặt trái đất.  Trong thực tế khi thông tin tới vệ tinh yêu cầu góc ngẩng của trạm mặt đất phải lớn hơn 0độ, thƣờng 5 độ cho nên vùng thực tế có thể thông tin qua một vệ tinh địa tĩnh là nhỏ hơn 45% diện tích trái đất. Bởi vậy phải có ít nhất ba vệ tinh địa tĩnh mới phủ sóng toàn cầu, trong đó sẽ có những vùng hai vệ tinh phủ sóng chồng lấn lên nhau, có nghĩa là các địa điểm đó có thể đồng thời thông tin với hai vệ tinh, còn các vùng cực có vĩ độ khoảng  80 độ trở lên không thông tin đƣợc qua vệ tinh địa tĩnh, nhƣ chỉ ra trên hình 1.12. Đồ án tốt nghiệp Tính can nhiễu giữa các vệ tinh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 18 Hình 1.4. “Góc nhìn” từ vệ tinh địa tĩnh - Cự ly xa nhất từ vệ tinh đến điểm “nhìn thấy” trên mặt đất là 41.679 km, tƣơng ứng với góc ngẩng bằng 0độ, cự ly ngắn nhất khi góc ngẩng là 90độ bằng độ cao bay của vệ tinh là 35.786 km.  Thời gian trễ truyền sóng từ một trạm mặt đất đến vệ tinh bằng: T = s/c, trong đó s là cự ly từ trạm mặt đất đến vệ tinh, c là vận tốc ánh sáng = 299.792 km/s. Khi s lớn nhất thời gian trễ là t = 41.679/299.792 = 0,139 s, thời gian trễ ngắn nhất bằng 35.786/299.792 = 0,119 s.  Khi truyền tín hiệu thoại, thời gian trễ sẽ gây ảnh hƣởng tới cuộc đàm thoại hai chiều. Khi một ngƣời hỏi và một ngƣời trả lời tín hiệu khi quay trở về ngƣời hỏi sẽ phải đi một đoạn đƣờng bằng bốn lần s, tổng số thời gian trễ tăng lên 4 lần, nghĩa là khoảng từ 0,447 s đến 0,556 s. Thời gian trễ cũng gây ra hiện tƣợng hồi âm, bởi vậy phải có thiết bị đặc biệt khử hồi âm.  Chỉ cần 3 vệ tinh địa tĩnh có thể phủ sóng toàn cầu nhƣ chỉ ra trên hình 1.5. Các thông số hình học đƣợc chỉ ra trên hình 1.6 Đồ án tốt nghiệp Tính can nhiễu giữa các vệ tinh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 19 Hình 1.5. Vị trí 3 vệ tinh địa tĩnh phủ sóng toàn cầu Hình 1.6. Các thông số hình học giữa trạm mặt đất và vệ tinh 1.3. Những vấn đề chung của thông tin vệ tinh 1.3.1. Các phƣơng pháp đa truy nhập vệ tinh  TTVT là hệ thống thông tin vô tuyến điểm đến đa điểm, nghĩa là một vệ tinh có thể thông tin với nhiều trạm mặt đất, vì vậy phải sử dụng phƣơng pháp đa truy nhập.  Hiện nay có 3 kỹ thuật đa truy nhập vệ tinh của các trạm mặt đất đƣợc ứng dụng rộng rãi là: - Đa truy nhập phân chia theo tần số - FDMA (Frequency Division Multiple Acces) Đồ án tốt nghiệp Tính can nhiễu giữa các vệ tinh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 20 - Đa truy nhập phân chia theo thời gian – TDMA (Time Division Multiple Acces) - Đa truy nhập phân chia theo mã – CDMA ( Code Division Multiple Acces)  Dựa trên các kỹ thuật cơ bản này, có thể tạo một hệ thống mạng lớn từ nhiều hệ thống mạng con bằng cách phân định mỗi mạng con làm việc trên một đoạn băng tần vệ tinh riêng rẽ và có đƣợc các kỹ thuật đa truy nhập ghép hỗn hợp khác nhƣ: - Đa truy nhập phân chia theo thời gian / Đa tần số - MF/TDMA (Multiple Frequency) - Đa truy nhập phân chia theo mã / Đa tần số -MF/CDMA - Đa truy nhập phân chia theo pha mã – CPDMA (Code Phase Division Multiple Acces) - Đa truy nhập phân chia theo pha mã / Đa tần số - MF/CPDMA  Đặc điểm các kỹ thuật đa truy nhập vệ tinh: a.FDMA - FDMA là kỹ thuật đa truy nhập vệ tinh truyền thống và đƣợc sử dụng rộng rãi từ lâu. Trong FDMA, mỗi kết nối sóng mang giữa các trạm mặt đất qua vệ tinh đƣợc cấp phát ở một tần số khác nhau trên bộ phát đáp. Độ rộng băng thông cấp phát cho một sóng mang đƣợc ấn định trƣớc tùy thuộc vào lƣu lƣợng kênh truyền và phƣơng thức điều chế áp dụng. Đây là kỹ thuật đang đƣợc áp dụng cho nhiều mạng TTVT hiện có ở quân đội ta. - Các sóng mang có thể là SCPC (Đơn kênh trên một sóng mang) hoặc MCPC (Đa kênh trên một sóng mang) hoặc là IDR (Sóng mang điều chế số). Một trạm đầu cuối mặt đất có nhiều loại kênh dịch vụ nhƣ: thoại, số liệu,…đƣợc ghép lại thành nguồn duy nhất theo phƣơng thức FDM (Ghép kênh phân chia theo tần số) hoặc TDM (Ghép kênh phân chia theo thời gian). Phƣơng thức điều chế sóng mang phổ biến thƣờng dùng là QPSK và mã sửa lỗi trƣớc (FEC) RSV (Reed-Solormon Viterbi) - Kỹ thuật FDMA đơn giản về cấu trúc, thiết bị rẻ tiền nhƣng số lƣợng thiết bị trạm HUB sẽ rất lớn nếu mạng có nhiều trạm VSAT cùng kết nối. Hiệu quả sử dụng Đồ án tốt nghiệp Tính can nhiễu giữa các vệ tinh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 21 băng thông vệ tinh không cao, vì mỗi kết nối sóng mang của FDMA luôn luôn chiếm băng thông cho dù trạm có truyền dữ liệu hay không. Khi trạm không có liên lạc thì các sóng mang vẫn kết nối và chiếm băng thông vệ tinh. Giữa các sóng mang lân cận cần có khoảng bảo vệ để tránh gây nhiễu sang nhau. - Với các kết nối truyền dẫn đƣờng trục dung lƣợng lớn hoặc truyền hình quảng bá thì kỹ thuật phù hợp vẫn đƣợc áp dụng là FDMA. FDMA còn có nhƣợc điểm là xuyên nhiễu điều chế giữa các sóng mang lân cận. Ngoài ra cần có dự phòng mức lùi đầu ra máy phát (backoff) khi một trạm phát nhiều sóng mang đồng thời. b.TDMA - Trong kỹ thuật TDMA, các kết nối sóng mang của nhiều trạm đầu cuối đƣợc thực hiện trên cùng đoạn băng tần. Trong một đoạn tần số, mỗi khi có yêu cầu truyền tin trạm đầu cuối đƣợc phân bổ một khe thời gian xác định để phát thông tin. Tại mỗi thời điểm chỉ có một sóng mang của một trạm hoạt động, do đó xuyên nhiễu điều chế ít và không yêu cầu lùi công suất (backoff) trên vệ tinh. - Khoảng thời gian phát thông tin của một đầu cuối phải đƣợc định thời chính xác và không lấn sang trạm đầu cuối khác. Do vậy cần có sự đồng bộ thời gian chính xác trong hệ thống. Hệ thống TDMA đơn giản có các khe thời gian đƣợc ấn định cố định. Hệ thống phức tạp thƣờng cho phép tạo các khe thời gian theo yêu cầu truyền dẫn của trạm. - Một đặc điểm của TDMA là do truyền dẫn theo các khoảng thời gian rời rạc, nên mỗi lần trạm đầu cuối phát thông tin (burst) yêu cầu tốc độ phát cao hơn nhiều so với dung lƣợng truyền dẫn thực sự của trạm. Điều này dẫn đến yêu cầu mức công suất phát xạ của trạm cao hơn so với dùng kỹ thuật FDMA có cùng dung lƣợng. - Trong kỹ thuật TDMA, nếu một mạng có rất nhiều trạm đầu cuối VSAT cùng phát về trên một băng thông duy nhất thì yêu cầu định thời cho mạng rất cao, tốc độ phát của VSAT trên khe (burst) rất lớn, dẫn dến giá thành hệ thống cao. Do vậy băng thông toàn mạng thƣờng đƣợc phân chia thành nhiều đoạn tần số, mỗi tần số đƣợc sử dụng cho một nhóm các VSAT phát về HUB, và ta có kỹ thuật gọi là – Đa truy nhập phân chia theo thời gian / Đa tần số (MF/TDMA). Trạm HUB sẽ kiểm soát và cấp phát khe thời gian và đoạn băng tần làm việc còn trống khi trạm VSAT Đồ án tốt nghiệp Tính can nhiễu giữa các vệ tinh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 22 có yêu cầu truyền tin. Điều này sẽ giúp sử dụng quỹ băng thông rất hiệu quả khi mạng có số lƣợng trạm rất lớn và tƣơng đối đồng nhất. - Số lƣợng VSAT trong một khe và độ rộng của khe tần số thƣờng đƣợc tính toán cân bằng giữa kích cỡ, giá thành trạm VSAT và hiệu suất sử dụng khe tần số. Nếu chia khe nhỏ thì yêu cầu kích cỡ trạm không cao nhƣng số lƣợng trạm phát qua khe tần số ít – không tiết kiệm băng thông. Ngƣợc lại thì đầu tƣ cho trạm VSAT sẽ có giá thành cao nhƣng sử dụng băng thông vệ tinh tiết kiệm hơn. MF/TDMA là kỹ thuật mới phát triển và trở thành chuẩn công nghệ mới cho mạng VSAT. c.CDMA - Kỹ thuật trải phổ đƣợc ứng dụng nhiều trong các hệ thống thông tin vô tuyến và đƣợc đƣa vào thông tin vệ tinh trong những năm gần đây. Kỹ thuật CDMA đã đƣợc ứng dụng nhiều trong các hệ thống thông tin di động mặt đất và hệ thống vệ tinh tầm thấp. - Trong CDMA, sóng mang của trạm VSAT đầu cuối đƣợc nhân với một bộ mã và trải phổ ra trên toàn bộ băng tần sử dụng chung với các trạm đầu cuối khác. Mỗi trạm đƣợc cấp một mã trải phổ khác nhau mà không bị khôi phục lại ở các trạm đầu cuối khác. Tại đầu thu ở HUB, tín hiệu của từng trạm đƣợc tách bằng cách sử dụng nhân với bộ mã trải phổ tƣơng ứng. Với cơ chế này ở đầu thu tín hiệu mong muốn đƣợc khôi phục lại; tín hiệu các kênh khác và nhiễu tạp lại bị trải phổ ra trên toàn băng và có mức ngƣỡng thấp hơn tín hiệu mong muốn. - Trong thông tin địa tĩnh, tuyến phát từ HUB cho các trạm VSAT CDMA vẫn áp dụng phƣơng thức phát trên một sóng mang duy nhất cho toàn mạng. Để tránh gây nhiễu cho các vệ tinh gần kề, cần có băng thông đủ rộng để trải phổ công suất tuyến phát trạm VSAT mặt đất. - Nếu hệ thống CDMA có nhiều trạm cùng truy nhập trên một băng tần thì tổng mức tín hiệu các kênh khác cộng dồn cũng tạo ra mức nhiễu nền đáng kể so với tín hiệu đƣợc khôi phục. Ngoài ra cần có sự kiểm soát và điều khiển công suất phát của các trạm đầu cuối để vẫn đảm bảo chất lƣợng thông tin nhƣng không quá cao có thể gây nhiễu cho các trạm đầu cuối khác. Do vậy áp dụng CDMA cũng hạn chế số lƣợng trạm cùng truy nhập trong một dải tần số và hiệu quả sử dụng băng thông không cao khi so sánh với kỹ thuật TDMA. Đồ án tốt nghiệp Tính can nhiễu giữa các vệ tinh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 23 - Kỹ thuật CDMA có ƣu điểm là có thể ứng dụng trong các trạm mặt đất TTVT cơ động liên tục với ăng ten rất nhỏ và không cần bám chính xác vệ tinh. Tín hiệu phát của trạm cơ động đƣợc trải ra trên trạm băng tần lớn và có mức công suất phát chỉ tƣơng đƣơng mức nhiễu nền nên ít gây ảnh hƣởng đến các vệ tinh lân cận, cho dù búp sóng của trạm bao trùm các vệ tinh này. - Hiện tại CDMA chƣa đƣợc sử dụng rộng rãi trong thông tin vệ tinh địa tĩnh, khi này lƣợng băng thông sử dụng luôn hạn hẹp do gắn liền với chi phí thuê kênh cao. Công nghệ này mới chỉ áp dụng trong các ứng dụng đặc biệt yêu cầu tính cơ động liên tục nhƣ: trên máy bay, trên xe khí tài quân sự...với điều kiện chấp nhận chi phí cao. - Cũng tƣơng tự nhƣ TDMA, mạng CDMA có rất nhiều trạm VSAT thì có thể phân chia toàn băng thông thành các đoạn băng tần cho từng nhóm các trạm đầu cuối, và gọi là MF/CDMA. Đồ án tốt nghiệp Tính can nhiễu giữa các vệ tinh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 24 Hình 1.7. Băng thông sóng mang truyền dẫn theo các kỹ thuật truy nhập FDMA, TDMA, CDMA Đồ án tốt nghiệp Tính can nhiễu giữa các vệ tinh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 25 1.3.2. Các băng tần cho thông tin vệ tinh  TTVT là hệ thống thông tin sử dụng phƣơng thức truyền dẫn vô tuyến, bởi vậy việc lựa chọn và ấn định băng tần công tác cho các dịch vụ TTVT là rất quan trọng. Nó phải thỏa mãn 2 điều kiện cơ bản: - Không gây can nhiễu lên các hệ thống thông tin vô tuyến khác cũng nhƣ các dịch vụ TTVT trong mạng. - Tổn hao truyền sóng nhỏ để giảm nhỏ kích thƣớc và giá thành của thiết bị. a. Cửa sổ tần số vô tuyến điện - Nhƣ chúng ta biết khí quyển trái đất đƣợc chia làm 3 tầng: lớp khí quyển dƣới cùng rải từ mặt đất lên độ cao 11km gọi là tầng đối lƣu. Các hiện tƣợng thời tiết nhƣ mƣa, bão, sƣơng mù...đều xảy ra trong tầng đối lƣu. Tiếp đến là tầng bình lƣu, có giới hạn trên khoảng 35km, và trên cùng là tầng điện ly có độ cao khoảng từ 50km đến 400km. - Tầng điện ly là một lớp khí bị ion hóa mạnh nên mật độ chất khí chủ yếu là các điện tử tự do và các ion. Nó có tính chất hấp thụ và phản xạ sóng vô tuyến điện. Bằng việc khảo sát thực tế ngƣời ta thấy tầng điện ly chỉ phản xạ với băng sóng ngắn trở xuống. Tần số càng cao ảnh hƣởng bởi tầng điện ly càng ít, ở các tần số trong băng viba hầu nhƣ không bị ảnh hƣởng bởi tầng điện ly. - Trong tầng đối lƣu sóng vô tuyến bị hấp thụ bởi các phân tử khí nhƣ oxi, hơi nƣớc, CO2 ...cũng nhƣ trong mƣa và sƣơng mù. Nhƣng ở các tần số khoảng 10 GHZ trở xuống hấp thụ không đáng kể, có thể bỏ qua. Khoảng tần số đó gọi là “cửa sổ vô tuyến”, nhƣ chỉ ra trên hình 1.8. - Nếu sử dụng băng tần nằm trong “cửa sổ vô tuyến” tức là khoảng từ 1GHZ đến10GHZ thì suy hao do tầng điện ly và tầng đối lƣu là không đáng kể và suy hao truyền sóng gần nhƣ bằng suy hao không gian tự do. Đồ án tốt nghiệp Tính can nhiễu giữa các vệ tinh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 26 Hình 1.8: Sự phụ thuộc hấp thụ khí quyển vào tần số Nhƣ đã thấy băng tần lý tƣởng nhất sử dụng cho thông tin vệ tinh cũng nhƣ các hệ thống vi ba khác là băng tần nằm trong “cửa sổ vô tuyến” vì các tần số nằm trong “cửa sổ vô tuyên” có suy hao trong khí quyển là nhỏ nhất. Trong điều kiện bình thƣờng có thể bỏ qua. b. Bảng phân chia các băng tần  Băng tần C Băng tần C (6/4 GHz) đƣợc sử dụng phổ biến trong các mạng FSS vì điều kiện truyền sóng thuận lợi (ít bị ảnh hƣởng do mƣa) và thiết bị dễ chế tạo. Đặc điểm vệ tinh: Các loại vệ tinh sử dụng băng tần C có dải rộng các đặc tính chính tuỳ thuộc vào cấp bao phủ vùng trái đất. Bảng 1.1. Các tham số chính của vệ tinh trong băng tần C Tham số Vùng phủ Toàn cầu Khu vực Nội địa Hệ số khuếch đại của anten (dBi) Phát Thu 16 - 25 16 - 25 23 – 26 21 - 25 28 - 32 22 - 30 Đồ án tốt nghiệp Tính can nhiễu giữa các vệ tinh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 27 EIRP (dBW) 22 - 29 25 - 35 25 - 39 Nhiệt độ tạp âm (0K) 800 - 2 000 800 - 2 000 800 - 2 000 G/T (dB/K) -16 tới -6 -14 tới -4 -21 tới 3 Đặc điểm trạm mặt đất Kể từ khi mới phát triển các trạm mặt đất băng C có kích thƣớc anten lớn. Trong khi các trạm mặt đất hoạt động trong mạng lƣới vệ tinh INTELSAT có kích thƣớc lớn (18 đến 32 mét), xu hƣớng phát triển ngày nay anten tạm mặt đất ngày càng nhỏ đi cùng với việc công suất vệ tinh tăng lên nhƣ trong phủ sóng truyền hình hoặc VSAT. Bảng 1.2. Các tham số chính của trạm mặt đất trong băng tần C Tham số Vùng phủ Toàn cầu Khu vực Nội địa Kích thƣớc anten (mét) 4,5 - 32 3 -13 1,2 – 30 Hệ số khuếch đại của anten (dBi) Phát Thu 47 - 64 43 - 61 42 - 56 39 - 53 36 - 63 33 - 60 Công suất phát (kW) EIRP (dBW) 0,01 - 3 57 - 99 0,03 - 3 57 - 81 0,001 - 1,2 36 - 94 Nhiệt độ tạp âm (0K) 50 -150 50 - 150 50 - 150 G/T (dB/K) 23 - 41 22 - 38 11 - 41 Đồ án tốt nghiệp Tính can nhiễu giữa các vệ tinh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 28  Băng tần X 8/7 GHz Băng tần X (7,9-8,4 GHz / 7,25-7,75 Ghz) đƣợc sử dụng nhiều cho các hệ thống thông tin quân sự. Các đặc tính hệ thống vệ tinh ở băng tần này cũng có phạm vi rộng nhƣ các hệ thống băng tần C kể trên.  Băng tần Ku 14/11 GHz hoặc 14/12 GHz Ngày nay, việc sử dụng băng tần Ku đang trở nên rộng rãi, đặc biệt phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu kích thƣớc anten trạm mặt đất càng nhỏ càng tốt. Đặc điểm chính của vệ tinh Đặc điểm chính vệ tinh của các hệ thống sử dụng băng tần Ku thay đổi rộng tuỳ thuộc vào ứng dụng. Bảng 1.3. Các tham số chính của vệ tinh băng tần Ku điển hình Tham số Vùng phủ Toàn cầu Khu vực Nội địa Hệ số khuếch đại của anten (dBi) Phát Thu 29 – 37 28 – 36 24 - 29 23 - 28 28 - 35 28 – 38 EIRP (dBW) 38 - 48 35 - 52 44 – 53 Nhiệt độ tạp âm (0K) 800 - 2 000 800 - 2 000 800 - 2 000 G/T (dB/K) 0 – 3 -1 tới 11 -5 tới 9 Đặc điểm trạm mặt đất EIRP của vệ tinh ở băng tần Ku cao cho phép sử dụng anten trạm mặt đất nhỏ, tới 1 mét hoặc nhỏ hơn nữa. Điều đó cho phép anten trạm đất có thể đặt ở nhà khách hàng, giảm giá thành chi phí và tạo điều kiện phát triển các ứng dụng. Băng tần Ku vì thế đặc biệt thích hợp cho các ứng dụng nhƣ phát truyền hình quảng bá tới tận nhà (Direct-To-Home) và VSAT cho các mạng thông tin thƣơng mại. Đồ án tốt nghiệp Tính can nhiễu giữa các vệ tinh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 29 Bảng 1.4. Các tham số chính của trạm mặt đất băng tần Ku điển hình Tham số Vùng phủ Toàn cầu Khu vực Nội địa Kích thƣớc anten (mét) 3,5 - 17 1 - 12 1 - 11 Hệ số khuếch đại của anten (dBi) Phát Thu 52 - 65 50 - 63 42 - 62 40 - 59 42 - 61 40 - 58 Công suất phát (kW) EIRP (dBW) 0,01 - 0,6 62 - 93 0,01 - 0,25 52 - 83 0,01 - 1 52 - 91 Nhiệt độ tạp âm (0K) 150 - 250 150 - 250 150 - 250 G/T (dB/K) 26 - 41 12 - 38 16 - 37  Băng tần Ka 30/20 GHz Băng tần Ka đƣợc sử dụng rất hạn chế vì điều kiện truyền sóng rất khó khăn do bị suy hao lớn vì mƣa. Một số nƣớc đang nghiên cứu thực nghiệm các ứng dụng trên băng tần này nhƣ Mỹ, Đức, Italy, Nhật bản. Đặc điểm ở băng tần này là do phổ tần của băng tần này rất lớn nên có thể dễ dàng sử dụng lại băng tần nhiều lần bằng các chùm tia nhỏ. Tuy nhiên EIRP của cả vệ tinh và trạm mặt đất phải rất lớn để bù lại suy hao do mƣa. Bảng 1.5. Các tham số chính của vệ tinh băng tần Ka điển hình Tham số Vùng phủ nội địa Hệ số khuếch đại của anten (dBi) Phát 25 - 50 Đồ án tốt nghiệp Tính can nhiễu giữa các vệ tinh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 30 Thu 25 - 50 EIRP (dBW) 37 - 56 Nhiệt độ tạp âm (0K) 1 300 - 1 600 G/T (dB/K) -5 tới 19 Các đặc điểm trạm mặt đất Băng tần Ka cho phép sử dụng anten trạm mặt đất rất nhỏ. Tuy nhiên để đảm bảo chỉ tiêu chất lƣợng của tuyến theo yêu cầu việc sử dụng kỹ thuật Điều khiển Công suất Phát lên (Up-link Power Control UPC) và phân tập trạm mặt đất theo địa lý là cần thiết. Bảng 1.6. Các tham số chính của trạm mặt đất băng tần Ka điển hình Tham số Vùng phủ nội địa Kích thƣớc anten (mét) 1 - 13 Hệ số khuếch đại của anten (dBi) Phát Thu 45 – 66 42 – 61 Công suất phát (kW) EIRP (dBW) 45 - 92 Nhiệt độ tạp âm (0K) 320 - 400 G/T (dB/K) 17 - 42 c. Phân bổ tần số trong TTVT -Khu Vực I (V1) : bao gồm Châu Âu, Châu Phi, một phần Châu Á và Liên Bang Nga. Đồ án tốt nghiệp Tính can nhiễu giữa các vệ tinh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 31 -Khu Vực II (V2) : các nƣớc Nam và Bắc Mỹ. -Khu Vực III (V3): gồm Châu Úc, phần còn lại của Châu Á và Thái Bình Dƣơng. Trong đó có Việt Nam. 1.4. Các loại dịch vụ trong thông tin vệ tinh Dựa vào đặc điểm của TTVT là có khả năng phát quảng bá trên một vùng địa lý rất rộng, TTVT đã đƣợc sử dụng để thành lập các tuyến thông tin điểm nối điểm và điểm nối đa điểm. Trên cơ sở các tuyến thông tin trên, TTVT đƣợc sử dụng để cung cấp các dịch vụ cố định và di động. Một số loại dịch vụ sau: 1. Dịch vụ điện thoại đƣờng dài: cung cấp các tuyến đƣờng trục mà mạng mặt đất chƣa triển khai hoặc khi các mạng mặt đất quá tải trong giờ cao điểm và làm tuyến dự phòng cho các tuyến đƣờng trục mặt đất khi có sự cố. 2. Dịch vụ viễn thông nông thôn: cung cấp các dịch vụ viễn thông nhƣ thoại, fax cho các vùng xa xôi hẻo lánh, các hải đảo những nơi mà mạng mặt đất chƣa tới hoặc xây dựng không kinh tế. 3. Mạng dùng riêng: cung cấp các dịch vụ viễn thông nhƣ thoại, fax, truyền số liệu cho cơ quan nhà nƣớc, các công ty cần đƣờng truyền có độ sẵn sàng cao. 4. Dịch vụ lƣu động: cung cấp các dịch vụ truyền số liệu với tốc độ thấp giữa các đài di động nhƣ xe tải, tàu biển... với trung tâm điều hành các đài di động. 5. Chuyển tiếp chƣơng trình truyền hình và phát thanh: cung cấp đƣờng truyền giữa các trạm HUB của trung tâm truyền hình đến các trạm phát chuyển tiếp đặt tại các vị trí cách xa trung tâm. 6. Truyền hình trực tiếp: cung cấp các kênh truyền hình mà ngƣời xem có thể thu trực tiếp chƣơng trình từ vệ tinh bằng một angten thu có đƣờng kính 60cm. Dịch vụ này khách hàng trả tiền cƣớc phí hàng tháng tùy thuộc vào số kênh. 7. Dịch vụ băng tần theo yêu cầu: cung cấp các dịch vụ theo yêu cầu của khách hàng nhƣ truyền số liệu tốc độ cao có giao tiếp hoặc không có giao tiếp. Dịch vụ này khách hàng trả tiền theo số lần truyền. Đồ án tốt nghiệp Tính can nhiễu giữa các vệ tinh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 32 8. Dịch vụ internet qua vệ tinh: cung cấp đƣờng truyền dữ liệu tốc độ cao từ nhà cung cấp dịch vụ internet (IPS) đến các thuê bao dịch vụ. 9. Dịch vụ chẩn đoán bệnh từ xa: cung cấp các dịch vụ tƣ vấn y tế cho các bệnh viện ở xa trung tâm y tế và giữa các trung tâm y tế với nhau. 10. Dịch vụ đào tạo từ xa: cung cấp dịch vụ đào tạo từ xa cho các trung tâm đào tạo. 1.5. Định vị và duy trì vệ tinh trên quỹ đạo a. Phóng vệ tinh lên quỹ đạo địa tĩnh  Phƣơng tiện phóng: - Dùng tàu con thoi: loại này đƣợc dùng lại nhiều lần, độ tin cậy cao, giá thành đắt. Nhƣ tàu con thoi Mỹ, Colombia... - Dùng tên lửa đẩy nhiều tầng: loại này không sử dụng lại đƣợc, giá thành phóng rẻ, ngày nay dùng tên lửa đẩy nhiều tầng đang đƣợc sử dụng rộng rãi. Nhƣ tên lửa Proton (Nga), Delta (Mỹ), Long March (Trung Quốc). Quá trình phóng vệ tinh lên quỹ đạo phụ thuộc vào loại tên lửa đẩy, vị trí địa lý của bãi phóng và các vấn đề liên quan đến phân hệ thông tin. Song phƣơng pháp phóng kinh tế và quy chuẩn nhất là dựa trên quỹ đạo chuyển tiếp Hohmann.  Phƣơng pháp phóng dựa trên quỹ đạo Hohmann: Đồ án tốt nghiệp Tính can nhiễu giữa các vệ tinh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 33 Hình 1.9. Quỹ đạo Hohman - Giai đoạn 1: dùng tên lửa đẩy nhiều tầng để đƣa vệ tinh lên quỹ đạo LEO có độ cao 200Km, V=7784 m/s. - Giai đoạn 2: tại điểm nâng của quỹ đạo LEO, dùng tên lửa đẩy nhiều tầng thực hiện tăng tốc với Vphóng =10234 m/s để đƣa vệ tinh sang quỹ đạo chuyển tiếp Elip có viễn điểm thuộc quỹ đạo địa tĩnh (h=35.786km) và cận điểm thuộc quỹ đạo LEO (h=200km), còn đƣợc gọi là quỹ đạo Huhmann. - Giai đoạn 3: khi vệ tinh chuyển động qua viễn điểm của quỹ đạo Hohmann thì sử dụng động cơ đẩy viễn điểm đặt trong vệ tinh để đƣa vệ tinh về quỹ đạo địa tĩnh và về vị trí của nó. b. Đƣa vệ tinh vào quỹ đạo đĩa tĩnh Quá trình định vị vệ tinh bắt đầu khi vệ tinh đƣợc đƣa vào quỹ đạo chuyển tiếp bao gồm quá trình đƣa vệ tinh vào quỹ đạo xích đạo và sau đó từ từ đƣa vệ tinh vào vị trí địa tĩnh của nó. Để thực hiện đƣợc quá trình này, các động cơ đẩy viễn điểm APM, các động cơ phản lực của vệ tinh đƣợc điều khiển bằng các trung tâm và các trạm điều khiển đặt tại các vị trí khác nhau của trái đất. Các trung tâm điều khiển thực hiện các chức năng sau: Đồ án tốt nghiệp Tính can nhiễu giữa các vệ tinh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 34 - Xác định tƣ thế của vệ tinh - Tính toán các thông số tối ƣu cho quá trình điều khiển vệ tinh từ quỹ đạo Hohmann sang quỹ đạo tròn - Xác định các thông số của động cơ hiệu chỉnh hƣớng của vệ tinh - Giám sát và đo các thông số quỹ đạo của vệ tinh so sánh với trạng thái cuối cùng của vệ tinh nhƣ dự kiến c. Duy trì vệ tinh trên quỹ đạo Các công việc chính đƣợc thực hiện trong quá trình duy trì vệ tinh trên quỹ đạo là: - Các dao động của vệ tinh xung quanh vị trí quỹ đạo theo hƣớng Đông Tây, Nam Bắc phải đƣợc duy trì trong khoảng  0,1 độ. - Tƣ thế vệ tinh phải đƣợc giám sát và hiệu chỉnh để đảm bảo anten vệ tinh luôn luôn hƣớng về các vùng mong muốn của trái đất. * Kết luận: Chƣơng này đã xét tổng quan các quỹ đạo vệ tinh đƣợc sử dụng trong các hệ thống thông tin vệ tinh. Phân bổ tần số cho các hệ thống thông tin di động cũng đƣợc xét trong chƣơng này. Các tần số đƣờng lên và đƣờng xuống của hệ thống thông tin vệ tinh không giống nhau. Trong hai đầu thông tin phía nào có công suất phát lớn hơn sẽ sử dụng tần số cao hơn để có thể bù trừ tốt hơn suy hao đƣờng truyền. Các quỹ đạo địa tĩnh cũng có thể sử dụng để cung cấp dịch vụ thông tin di động, tuy nhiên anten trên vệ tinh phải có kích thƣớc lớn (anten dù mở) để đƣợc EIRP cao và hệ số phẩm chất trạm vệ tinh (G/Ts) cũng phải cao. Các quỹ đạo LEO và MEO thƣờng đƣợc sử dụng cho các dịch vụ di động cá nhân vì khoảng cách của các vệ tinh không xa mặt đất. Thực tế vệ tinh VINASAT và những vệ tinh mới những năm gần đây đều sử dụng phƣơng pháp đa truy nhập theo tần số FDMA. Đồ án tốt nghiệp Tính can nhiễu giữa các vệ tinh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 35 CHƢƠNG II TỔNG QUAN VỀ VỆ TINH VIỄN THÔNG VINASAT * Nội dung chính của chƣơng gồm: + Thông số kỹ thuật của vệ tinh Vinasat + Tìm hiểu phần không gian của vệ tinh + Tìm hiểu phần mặt đất + Các sơ đồ phân kênh vệ tinh và vùng phủ sóng Căn cứ vào chỉ thị của Chính phủ, từ tháng 12/1997 BQP đã cùng các Bộ, Ngành khác, phối hợp với Tổng cục Bƣu điện tiến hành nghiên cứu tiền khả thi dự án phóng vệ tinh viễn thông đấu tiên của Việt Nam, Sau một thời gian dài chuẩn bị Dự án Phóng vệ tinh viễn thông Việt Nam (Vinasat) đã đƣợc Thủ Tƣớng Chính Phủ phê duyệt đầu tƣ tại Quyết định số 1104/QĐ-TTg ngày 18/10/2005 và Tập đoàn Bƣu chính Viễn thông Việt Nam (VNPT) đƣợc giao nhiệm vụ làm chủ đầu tƣ, thực hiện dự án. Dựa trên các tiêu chí: đảm bảo an toàn và giảm thiểu rủi ro về tiến độ; đáp ứng chỉ tiêu kỹ thuật, độ tin cậy yêu cầu, công nghệ hiện đại, đã qua trải nghiệm; có các điều kiện điều khoản thƣơng mại cũng nhƣ giá cả hợp lý của dự án, sau khi xem xét bản thảo cuối cùng của các nhà thầu, đƣợc sự chấp thuận của Chính phủ, Ban chỉ đạo Quốc gia dự án Vinasat, các Bộ, Ngành liên quan, VNPT đã lựa chọn nhà thầu Lockheed Martin Commercial Space Systems, tập đoàn sản xuất thiết bị quốc phòng và công nghệ vũ trụ lớn nhất của Mỹ là đơn vị trúng thầu Dự án phóng vệ tinh viễn thông Việt Nam VINASAT. Vệ tinh VINASAT do hãng Lockeed Martin (Mỹ) sản xuất và đƣợc phóng lên quỹ đạo bằng tên lửa đẩy Adrian - 5 (Pháp). Vị trí quỹ đạo là 132độE (132 độ đông). Vệ tinh có trọng lƣợng khoảng 2,8 tấn, tuổi thọ hoạt động 15 năm. Băng tần hoạt động: băng C mở rộng và băng Ku với vùng phủ sóng rộng lớn gồm Việt Nam, Đông Nam Á, Đông Trung Quốc, Ấn Độ, Triều Tiên, Nhật Bản,Úc và Hawaii. Theo kế hoạch, dự kiến vệ tinh này sẽ đƣợc phóng lên quỹ đạo ngày 28/3/2008 và bắt đầu đƣa vào khai thác từ tháng 5 năm 2008. Đồ án tốt nghiệp Tính can nhiễu giữa các vệ tinh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 36 Trung tâm Thông tin Vệ tinh Vinasat do Công ty VTI thuộc tập đoàn Bƣu chính viễn thông Việt Nam thành lập sẽ đảm trách việc quản lý, vận hành, khai thác và kinh doanh dịch vụ trên Vinasat. 2.1. Các thông số chính của vệ tinh Vinasat - Kiểu vệ tinh: Vệ tinh địa tĩnh - Vị trí quỹ đạo: 132 độ Đông - Trọng lƣợng phóng khoảng 2600 – 2800 kg - Tên lửa đẩy: Arian-5 của Pháp - Số máy phát đáp: 20 (08 máy phát đáp băng C, 12 máy phát đáp băng Ku) - Thời gian sống: 15 năm ( có thể đến 20 năm) 2.1.1. Các thông số kỹ thuật chính của vệ tinh Vinasat 1. Băng tần C (mở rộng –extended C band)  Số bộ phát đáp :8  Đƣờng lên (uplink) - Dải tần: 6.425 – 6.725 MHz (300 MHz) - Phân cực: tuyến tính V,H  Đƣờng xuống (downlink) - Dải tần: 3.400 – 3.700 MHz (300 MHz) - Phân cực: tuyến tính V,H  Tham số chung phục vụ tính toán thiết kế đƣờng truyền - Công suất bức xạ đẳng hƣớng bộ phát đáp (EIRP): 40dB - Độ lùi công suất đầu vào bộ phát đáp (IBO): -3dB - Độ lùi công suất đầu ra bộ phát đáp (OBO): -3dB - Mật độ thông lƣợng bão hòa bộ phát đáp (SFD): -85dBW/m 2 - Hệ số khuếch đại trên nhiệt tạp âm bộ phát đáp (G/T): từ -8,3dB/K đến -2dB/K  Vùng phủ sóng theo giản đồ: - Đƣờng đồng mức EIRP: 40dBW (trong vùng Đông Nam Á) và 42dBW (với phần lãnh thổ Việt Nam và lân cận) Đồ án tốt nghiệp Tính can nhiễu giữa các vệ tinh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 37 - Đƣờng đồng mức G/T: -2dB/K (trong vùng Đông Nam Á) và 0dBW (với phần lãnh thổ Việt Nam và lân cận) 2. Băng tần ku  Số bộ phát đáp: 12  Đƣờng lên (uplink) - Dải tần: 13.750 – 13.990 MHz (240MHz); và 14.255 – 14.495 MHz (240MHz) - Phân cực: tuyến tính V  Đƣờng xuống (downlink) - Dải tần: 10.950 – 11.200MHz (250MHz); và 11.450 – 11.700MHz (250 MHz) - Phân cực: tuyến tính H  Tham số chung phục vụ tính toán thiết kế đƣờng truyền - Công suất bức xạ đẳng hƣớng bộ phát đáp (EIRP): 54dB - Độ lùi công suất đầu vào bộ phát đáp (IBO): -3dB - Độ lùi công suất đầu ra bộ phát đáp (OBO): -3dB - Mật độ thông lƣợng bão hòa bộ phát đáp (SFD): -90dBW/m 2 - Hệ số khuếch đại trên nhiệt tạp âm bộ phát đáp (G/T): từ 2dB/K đến 6dB/K  Vùng phủ sóng theo giản đồ: - Đƣờng đồng mức EIRP: 54dBW (với phần lãnh thổ Việt Nam và lân cận) - Đƣờng đồng mức G/T: 7dB/K (với phần lãnh thổ Việt Nam và lân cận) 2.1.2. Các giới hạn khai thác của vệ tinh Vinasat 1. Đối với băng tần C mở rộng - Sử dụng angten có giản đồ bức xạ (antenna pattern) theo khuyến nghị REC S.580-5 của ITU-R trong đó quy định độ khuếch đại angten tại góc lệch trục  là 29 – 25log  (  là góc lệch trục giữa VINASAT với vệ tinh lân cận; 1độ ≤  ≤ 20độ). - Mật độ giới hạn EIRP lệch trục (EIRP off-axis) cho phép áp dụng đối với đƣờng lên trạm mặt đất: Đồ án tốt nghiệp Tính can nhiễu giữa các vệ tinh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 38 EIRP off-axis ≤ - 46 + 29 – 25 logθ (dBW/Hz) - Đƣờng kính angten thu, phát trạm mặt đất khuyến nghị sử dụng là 3m. Trong trƣờng hợp sử dụng angten nhỏ hơn (nhƣng không nhỏ hơn 2,4m), công suất phát của angten phải tuân thủ các giới hạn nêu trên và phải có sự phối hợp chặt chũ với các bên liên quan tránh gây can nhiễu hệ thống, đặc biệt với vệ tinh lân cận. 2. Đối với băng tần ku: - Sử dụng angten có giản đồ bức xạ (antenna pattern) theo khuyến nghị REC S.580-5 của ITU-R trong đó quy định độ khuếch đại angten tại góc lệch trục  là 29 – 25log  (  là góc lệch trục giữa VINASAT với vệ tinh lân cận; 1độ ≤  ≤ 20độ). - Mật độ giới hạn EIRP lệch trục (EIRP off-axis) cho phép áp dụng đối với đƣờng lên trạm mặt đất: + Trong dải tần : 13.750 – 13.990 MHz EIRP off-axis ≤ - 46,56 + 29 – 25 logθ (dBW/Hz) + Trong dải tần: 14.255 – 14.495 MHz EIRP off-axis ≤ - 47,56 + 29 – 25 logθ (dBW/Hz) - Mật độ giới hạn EIRP đồng trục (EIRP on-axis) trong dải tần: 14.255- 14.495 MHZ: EIRP on axis ≤ - 7,1 (dBW/Hz) - Đƣờng kính tối thiểu angten phát trạm mặt đát sử dụng là 1,2m. - Đƣờng kính tối thiểu angten thu trạm mặt đất khuyến nghị sử dụng là 0,6m để thu tín hiệu truyền hình và 1,2m cho các dịch vụ khác (VSAT,…). Đồ án tốt nghiệp Tính can nhiễu giữa các vệ tinh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 39 2.2. Phần không gian 2.2.1. Bộ phát đáp - Bộ phát đáp bao gồm tập hợp các khối nối với nhau để tạo nên một kênh thông tin duy nhất giữa anten thu và anten phát trên vệ tinh thông tin. Một số khối trong bộ phát đáp có thể đƣợc dùng chung cho nhiều bộ phát đáp khác. - Trƣớc khi trình bầy chi tiết các khối khác nhau của bộ phát đáp, ta sẽ xét ngắn gọn tổ chức tần số cho thông tin vệ tinh băng C. Băng thông ấn định cho dịch vụ băng C là 500 MHz và băng thông này đƣợc chia thành các băng con, mỗi băng con dành cho một bộ phát đáp. - Độ rộng băng tần thông thƣờng của bộ phát đáp là 36 MHz với đoạn băng bảo vệ giữa các bộ phát đáp là 4MHz. Vì thế băng tần 500 MHz có thể đảm bảo cho 12 bộ phát đáp. Bằng cách ly phân cực, ta có thể tăng số bộ phát đáp lên hai lần. Cách ly phân cực cho phép sử dụng cùng một tần số nhƣng với phân cực ngƣợc chiều nhau cho hai bộ phát đáp. Để thu đƣợc kênh của mình, các anten thu phải có phân cực trùng với phân cực phát của kênh tƣơng ứng. - Đối với phân cực tuyến tính, ta có thể cách ly phân cực bằng phân cực đứng và phân cực ngang. Đối với phân cực tròn, cách lý phân cực nhận đƣợc bằng cách sử dụng phân cực tròn tay phải và phân cực tròn tay trái. Vì các sóng mang với phân cực đối nhau có thể chồng lấn lên nhau, nên kỹ thuật này đƣợc gọi là tái sử dụng tần số. Hình 2.1. Quy hoạch tần số và phân cực, tần số trên hình vẽ đo bằng MHz - Cũng có thể tái sử dụng tần số bằng các anten búp hẹp, và phƣơng thức này có thể kết hợp với tái sử dụng theo phân cực để cung cấp độ rộng băng tần hiệu dụng 2000 MHz trên cơ sở độ rông thực tế 500 MHz. Đồ án tốt nghiệp Tính can nhiễu giữa các vệ tinh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 40 - Đối với một trong số các nhóm phân cực, hình 2.2 cho thấy chi tiết hơn sơ đồ phân kênh cho 12 bộ phát đáp. Dải tần thu hay dải tần đƣờng lên là 5,925 đến 6,425 GHz. Các sóng mang có thể đƣợc thu trên một hay nhiều anten đồng phân cực. Bộ lọc vào cho qua toàn bộ băng tần 500 MHz đến mày thu chung và loại bỏ tạp âm cũng với nhiễu ngoài băng (nhiễu này có thể gây ra do các tín hiệu ảnh). Trong dải thông 500 MHz này có thể có rất nhiều sóng mang đƣợc điều chế và tất cảc các sóng mang này đều đƣợc khuyếch đại, biến đổi tần số trong máy thu chung. Biến đổi tần số chuyển các sóng mang này vào băng tần số đƣờng xuống 3,7 đến 4,2 GHz với độ rộng 500 MHz. Sau đó các tín hiệu đƣợc phân kênh vào các độ rộng băng tần của từng bộ phát đáp. - Thông thƣờng độ rộng băng tần cấp cho mỗi bộ phát đáp là 36 MHz với đoạn băng bảo vệ 4 MHz, vì thế 500MHz có thể đảm bảo kênh cho 12 bộ phát đáp. Bộ phát đáp có thể xử lý một sóng mang đƣợc điều chế nhƣ tín hiệu TV chẳng hạn hay có thể xử lý nhiều sóng mang đồng thời với mỗi sóng mang đƣợc điều chế bởi tín hiệu điện thoại hay kênh băng gốc nào đó. Hình 2.2. Các kênh của bộ phát đáp vệ tinh 2.2.2. Máy thu băng rộng - Sơ đồ khối của máy thu băng rộng đƣợc cho ở hình 2.3. Máy thu có dự phòng kép để đề phòng trƣờng hợp sự cố. Bình thƣờng chỉ có máy thu công tác đƣợc sử dụng, khi có sự cố máy thu thứ hai đƣợc tự động chuyển vào thay thế. - Tầng đầu của máy thu là bộ khuếch đại tạp âm nhỏ (LNA:low noise amplifier). Bộ khuếch đại này chỉ gây thêm một ít tạp âm cho sóng mang đƣợc khuếch đại, Đồ án tốt nghiệp Tính can nhiễu giữa các vệ tinh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 41 nhƣng vẫn đảm bảo đủ khuếch đại sóng mang để nó có thể vƣợt qua đƣợc mức tạp âm cao hơn trong tầng trộn tiếp sau. Khi tính toán tạp âm do bộ khuếch đại gây ra, để tiện lơi ta thƣờng quy đổi tất cả các mức tạp âm vào đầu vào LNA, ở đây tổng tạp âm thu có thể đƣợc biểu diễn vào nhiệt độ tạp âm tƣơng đƣơng. - Trong một máy thu đƣợc thiết kế tốt, nhiệt độ tạp âm đƣợc quy đổi vào đầu vào LNA thƣờng có giá trì gần bằng tạp âm của riêng LNA. Tổng nhiệt độ tạp âm phải bao gồm: tạp âm từ anten. Nhiệt độ tạp âm tƣơng đƣơng của anten có thể lên đến vài trăm K. LNA tiếp tín hiệu cho một tầng trộn. Tầng này cần có tín hiệu dao động nội để biến đổi tần số. Công suất tín hiệu cấp từ bộ dao động nội cho đầu vào bộ trộn khoảng 10dBm. Tần số của bộ dao động nội phải rất ổn định và có ít tạp âm. - Bộ khuếch đại thứ hai sau tầng trộn có nhiêm vụ đảm bảo hệ số khuếch đại vào khoảng 60 dB. Các mức tín hiệu so với đầu vào trên hình vẽ đƣợc cho ở dB. Sự phân chia khuếch đại tại 6GHz và 4GHz để tránh dao động xẩy ra nếu khuếch đại quá lớn trên cùng một tần số. Máy thu băng rộng chỉ sử dụng các thiết bị tích cực bán dẫn. - Trong một số thiết kế, các bộ khuếch đại diode tunnel đƣợc sử dụng cho tiền khuếch đại tại 6GHz trong các bộ phát đáp 6/4- GHz và cho các bộ khuếch đại thông số tại 14 GHz trong các bộ phát đáp 14/12-GHz. Với sự tiến bộ của công nghệ Transitor trƣờng (FET), cac bộ khuếch đại FET đảm bảo hiệu năng ngang bằng hoặc tốt hơn hiện đã đƣợc sử dụng trong cả hai băng tần. Các tầng trộn diode đƣợc sử dụng. Bộ khuếch đại sau bộ trộn có thể sử dụng các transistor tiếp giáp lƣỡng cực (BJT) tại 4GHz và FET tại 12 GHz hay FET cho cả hai băng. Đồ án tốt nghiệp Tính can nhiễu giữa các vệ tinh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 42 Hình 2.3. Máy thu băng rộng vệ tinh 2.2.3. Bộ phân kênh vào - Bộ phân kênh vào phân chia đầu vào băng rộng (3,7-4,2 GHz) thành các kênh tần số của bộ phát đáp. Chẳng hạn, trên hình 2.2 các kênh này đƣợc đánh số từ 1 đến 12. Các kênh này thƣờng đƣợc tổ chức thành các nhóm số chẵn và số lẻ. Việc tổ chức này cho phép tăng thêm phân cách kênh và giảm nhiễu giữa các kênh lân cận trong một nhóm. Đầu ra của máy thu đựơc đƣa đến một bộ chia công suất, đến lƣợt mình bộ chia công suất lại tiếp sóng cho hai dẫy circulator riêng biệt. Toàn bộ tín hiệu băng rộng đƣợc truyền theo từng dẫy và phân kênh đạt đƣợc nhờ các bộ lọc kênh nối đến circulator nhƣ trên hình 2.4. Mỗi bộ lọc có độ rộng băng 36 MHz và đƣợc điều chỉnh đến tần số trung tâm của băng (xem hình 2.1). Mặc dù tổn hao trong bộ phân kênh khá lớn, các tổn hao này dễ dàng đƣợc bù đắp trong tổng khuếch đại cho các kênh phát đáp. Đồ án tốt nghiệp Tính can nhiễu giữa các vệ tinh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 43 Hình 2.4. Bộ phân kênh vào Đồ án tốt nghiệp Tính can nhiễu giữa các vệ tinh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 44 2.2.4. Bộ khuếch đại công suất - Bộ khuếch đại công suất riêng đảm bảo đầu ra cho từng bộ phát đáp. Hình 2.5 cho thấy trƣớc mỗi bộ khuếch đại công suất là bộ suy giảm đầu vào. Bộ này cần thiết để điều chỉnh đầu vào của bộ khuếch đại công suất đến mức mong muốn. Bộ suy hao có phần cố định và phần thay đổi. Phần cố định để cân bằng các thay đổi suy hao vào sao cho các kênh phát đáp có cùng suy hao danh định. Điều chỉnh đƣợc thực hiện trong quá trình lắp ráp. Phần suy hao thay đổi để thiết lập mức cho từng kiểu ứng dụng. Hình 2.5. Sơ đồ khối và biểu đồ các mức tương đối điển hình trong một bộ phát đáp 2.2.5. Phân hệ anten - Anten trên vệ tinh thực hiện chức năng kép: thu đƣờng lên và phát đƣờng xuống. Chúng có nhiều loại: từ các anten dipole có đặc tính vô hƣớng đến các anten tính hƣớng cao phục vụ cho viễn thông, chuyển tiếp truyền hình và phát quảng bá. Búp sóng của anten thƣờng đƣợc tạo ra bởi các anten kiểu phản xạ, thƣờng là bộ phản xạ parabol tròn xoay. Hệ số khuếch đại của anten phản xạ parabol so với bộ phát xạ đẳng hƣớng đƣợc xác định theo phƣơng trình sau: Đồ án tốt nghiệp Tính can nhiễu giữa các vệ tinh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 45 trong đó λ là bƣớc sóng của tín hiệu, D là đƣờng kính bộ phản xạ và ηI là hiệu suất mặt mở (thƣờng có giá trị bằng 0,55). Độ rộng búp sóng -3dB đƣợc xác định gần đúng nhƣ sau: - Tỷ số D/λ đƣợc coi là hệ số chủ chốt của các phƣơng trình trên: hệ số khuếch đại tỷ lệ thuận với (D/λ)2 và độ rộng búp sóng tỷ lệ nghịch với D/λ. Vì thế hệ số khuếch đại sẽ tăng khi độ rộng búp sóng hẹp hơn bằng các tăng kích thƣớc bộ phản xạ và giảm bƣớc sóng. Các bộ phản xạ kích thƣớc lớn là các bộ phản xạ băng 6/4GHz. Các bộ phản xạ trong băng tần 14/12GHz với cùng hiệu năng sẽ có kích thƣớc nhỏ hơn nhiều. - Hình 2.6 minh họa phân hệ anten của vệ tinh. Từ hình vẽ ta thấy mức độ phức tạp của phân hệ này đối với các vệ tinh thông tin lớn. Các bộ phản xạ lớn dành cho băng 6/4GHz để phủ bán cầu và các vùng phủ nhƣ cho ở hình 2.6. Các anten này đƣợc tiếp sóng bởi các dàn anten loa và các nhóm loa khác nhau đƣợc kích thích để tạo nên dạng búp sóng cần thiết. - Từ hình này ta thấy các dàn riêng đƣợc sử dụng cho phát và cho thu. Mỗi dàn có 146 loa lƣỡng cực. Trong dải 14/11 GHz, bộ phản xạ tròn đƣợc sử dụng để tạo búp hẹp, một cho đông và một cho tây quả đất nhƣ trình bầy trên hình 2.6. Các búp sóng này có thể lái đƣợc. Mỗi búp đƣợc tiếp sóng bởi một loa đƣợc sử dụng cho cả phát và thu. Các búp rộng để phủ toàn cầu đƣợc tạo ra bởi các anten loa đơn giản tại 6/4GHz. Ngoài ra trên hình vẽ ta thấy có một anten hai nón đƣợc sử dụng cho các tín hiệu điều khiển và bám. - Cùng một loa tiếp sóng có thể sử dụng cho cả phát và thu với cùng phân cực. Các tín hiệu phát và thu đƣợc tách ra ở bộ ghép song công (Duplexer) kết hợp với lọc tần số. Phân biệt phân cực cũng có thể đƣợc sử dụng để tách các tín hiệu phát thu sử dụng cùng một loa tiếp sóng. Chẳng hạn có thể sử dụng loa để phát phân cực đứng trong băng tần đƣờng xuống và đồng thời thu các sóng phân cực ngang trong băng tần đƣờng lên. Phân tách phân cực đƣợc thực hiện tại thiết bị đƣợc gọi là bộ ghép trực giao hay bộ chuyển đổi chế độ trực giao (OMT). Các loa khác nhau cũng có thể Đồ án tốt nghiệp Tính can nhiễu giữa các vệ tinh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 46 đƣợc sử dụng cho các chức năng phát và thu với cả hai loa dùng cho cùng một bộ phản xạ. Hình 2.6. Phân hệ anten cho vệ tinh 2.2.6. Phân hệ thông tin - Hình 2.7 cho thấy phân hệ thông tin vệ tinh. Tải trọng trên vệ tinh đƣợc gọi là tải trọng lai ghép hay lƣỡng băng vì nó mang các bộ phát đáp băng C và băng K. Trong băng C nó cung cấp 12 kênh mỗi kênh rộng 36 MHz và sáu kênh băng rộng với mỗi kênh rộng 72 MHz. Trong băng K, nó cung cấp bốn kênh với mỗi kênh rộng 108 MHz. Các kênh 36 MHz sử dụng các TWTA 7-W với dự phòng 12:14. Nghĩa là 12 bộ dự phòng cho 14 bộ hoạt động. Các kênh 72 MHz sử dụng các TWTA 10,5 W với dự phòng 6:8. Các máy thu đƣợc thiết kế bằng linh kiện bán dẫn và với dự phòng 2:4cho băng C và 1:2 cho băng K. Anten với bộ phản xạ tròn đƣờng kính 180 Đồ án tốt nghiệp Tính can nhiễu giữa các vệ tinh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 47 cm đƣợc sử dụng cho băng C. Đây là anten hai phân cực với tiếp sóng riêng băng C cho các phân cực ngang và đứng. Anten băng K có bộ phản xạ Elip. Hình 2.7. Sơ đồ khối phân hệ thông tin cho vệ tinh 2.2.7. Phân hệ đo bám và điều khiển từ xa - Phân hệ TT&C (Telemetry, Tracking and Command: Đo từ xa, bám và điều khiển) thực hiện một số chức năng thƣờng xuyên trên vệ tinh. Chức năng đo từ xa có thể hiểu nhƣ là đo trên một cự ly xa. Chẳng hạn tạo ra một tín hiệu điện tỷ lệ với chất lƣợng đƣợc đo, mã hoá nó và phát nó đến trạm xa (trạm mặt đất). Dữ liệu trong Đồ án tốt nghiệp Tính can nhiễu giữa các vệ tinh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 48 tín hiệu đo từ xa có cả thông tin độ cao nhận đƣợc từ các bộ cảm biến mặt trời và trái đất, thông tin môi trƣờng nhƣ cƣờng độ từ trƣờng và phƣơng, tần suất ảnh hƣởng của thiên thạch.... và các thông tin về tầu vũ trụ nhƣ: nhiệt độ, điện áp nguồn, áp suất nhiên liệu. Một số tần số đƣợc quốc tế quy định để phát tín hiệu đo từ xa cho vệ tinh. - Trong giai đoạn phóng vệ tinh, một kênh đặc biệt đƣợc sử dụng cùng với anten vô hƣớng. Khi vệ tinh đã vào quỹ đạo ổn định, một trong số các bộ phát đáp thƣờng đƣợc sử dụng cùng với anten có hƣớng, khi xẩy ra trình trạng khẩn cấp kênh này sẽ đƣợc chuyển mạch trở về kênh đặc biệt khi phóng vệ tinh. - Có thể coi đo từ xa và điều khiển là các chức năng bù lẫn cho nhau. Phân hệ đo từ xa phát thông tin về vệ tinh đến trạm mặt đất, còn phân hệ điều khiển thu các tín hiệu, thƣờng là trả lời cho thông tin đo từ xa. Phân hệ điều khiển giải điều chế và khi cần thiết giải mã các tín hiệu điều khiển rồi chuyển chúng đến thiết bị thích hợp để thực hiện hành động cần thiết. Vì thế có thể thay đổi độ cao, đấu thêm hoặc cắt bớt các kênh, định hƣớng lại anten hoặc duy trì quỹ đạo (maneuvers) theo lệnh từ mặt đất. - Để tránh thu và giải mã các lệnh giả, các tín hiệu điều khiển đƣợc mật mã hoá. Bám vệ tinh đƣợc thực hiện bằng các tín hiệu hải đăng đƣợc phát đi từ vệ tinh. Các tín hiệu này đƣợc TT&C trạm mặt đất thu. Bám đặc biệt quan trong trong các giai đoạn chuyển và dịch quỹ đạo của quá trình phóng vệ tinh. Khi vệ tinh đã ổn định, vị trí của vệ tinh địa tĩnh có xu thế bị dịch do các lực nhiễu khác nhau. Vì thế phải có khả năng bám theo sự xê dịch của vệ tinh và phát đi các tín hiệu hiệu chỉnh tƣơng ứng. Các hải đăng bám có thể đƣợc phát trong kênh đo từ xa hay bằng các sóng mang hoa tiêu tại các tần số trong một trong số các kênh thông tin chính hay bởi các anten bám đặc biệt. Định kỳ cũng cần có thông tin về khoảng cách từ vệ tinh đến trạm mặt đất. Thông tin này đƣợc xác định bằng cách đo trễ truyền các tín hiệu phát riêng cho mục đích đo cự ly. Ta thấy rằng các chức năng đo từ xa, bám và điều khiển là các khai thác phức tạp đòi hỏi các phƣơng tiện đặc biệt dƣới đất ngoài các phân hệ TT&C trên vệ tinh. Đồ án tốt nghiệp Tính can nhiễu giữa các vệ tinh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 49 2.3. Phần mặt đất Phần mặt đất của hệ thống thông tin vệ tinh bao gồm các trạm mặt đất thu và phát. Một trong những hệ thống trạm mặt đất đơn giản nhất là hệ thống thu ti vi tại nhà (TVRO – the home TV receive-only system) và hệ thống phức tạp nhất là hệ thống trạm mặt đất sử dụng cho các mạng thông tin quốc tế. 2.3.1. Hệ thống TVRO Phát thanh, truyền hình quảng bá phát trực tiếp tới bộ thu tại nhà khác hàng đƣợc quy hoạch trong băng tần Ku (12GHz). Anten thu tín hiệu TV đƣờng xuống trong băng tần C (4GHz) lớn hơn: có đƣờng kính khoảng 3m. Tuy nhiên các tín hiệu nhƣ vậy không đƣợc quy hoạch phát trực tiếp tới tận hộ gia đình nhƣ ở băng tần Ku mà nó sử dụng cho các mạng chuyển tiếp để tới các bộ oulet TV (bộ thu Tivi). Sự khác nhau chính của hệ thống TVRO trong băng tần C và băng tần Ku là ở tần số hoạt động của bộ outdoor unit và EIRP trong băng tần Ku cao hơn. Bộ outdoor unit: bao gồm anten thu đƣợc gắn trực tiếp tới bộ kết hợp amplifier/converter. 2.3.2. Trạm mặt đất thu, phát - Cấu trúc một trạm mặt đất nhƣ hình vẽ dƣới đây. Theo hƣớng lên, luồng thông tin của các mạng mặt đất đƣợc đƣa tới trạm mặt đất thông qua giao diện kết nối mạng mặt đất. Các luồng tín hiệu này sau đó đƣợc ghép kênh và định dạng lại, đƣợc điều chế bởi sóng mang trung tần (thƣờng là 70MHz). Tín hiệu trung tần này tiếp tục đƣợc biến đổi tới sóng mang cao tần mong muốn. Các sóng mang cao tần có thể đƣợc phát đồng thời và mặc dù có tần số khác nhau nhƣng đƣợc xác định theo nhóm băng tần chẳng hạn 6GHz, 14 GHz, . . . Các sóng mang có thể là các sóng mang đa điểm, có nghĩa là nó đƣợc thu tại nhiều điểm khác nhau. - Các sóng mang cao tần tiếp tục đƣợc kết hợp lại với nhau thông qua bộ Combiner để thành tín hiệu băng rộng và đƣợc khuyếch đại (HPA). Tín hiệu băng rộng đƣợc đƣa tới anten thông qua bộ Diplexer (Diplexer cho phép anten thu và phát tín hiệu đồng thời). - Anten thực hiện đồng thời hai chức năng thu và nhận tín hiệu nhƣng ở các dải tần số khác nhau chẳng hạn: trong băng tần C tín hiệu đƣợc phát lên ở tần số 6GHz và thu ở tần số 4GHz (6/4 GHz), băng tần Ku tín hiệu đƣợc phát lên ở tần số 14GHz và thu ở tần số 12GHz (14/12GHz). Anten đƣợc sử dụng thƣờng có độ khuyếch đại Đồ án tốt nghiệp Tính can nhiễu giữa các vệ tinh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 50 lớn, điều đó có nghĩa là búp sóng sẽ nhỏ. Búp sóng nhỏ là cần thiết để chống can nhiễu giữa các hệ thống thông tin vệ tinh cạnh nhau. Trong băng tần C, nhiễu đến/từ các tuyến viba mặt đất cần phải đƣợc ngăn chặn (tuyến viba mặt đất không hoạt động ở băng tần Ku). - Ở hƣớng xuống, tín hiệu băng rộng đƣợc khuếch đại tạp âm thấp (LNA) và đi tới bộ chia (divider), chia thành các sóng mang cao tần riêng rẽ, đƣợc biến đổi xuống tần số trung tần đi tới bộ giải điều. Tín hiệu sau bộ giải điều chế đƣợc đƣa tới giao diện mạng mặt đất theo các tuyến mong muốn. Anten feed Diplexer LNA HPA combiner Multiplex Demultiplexer/ SPD Tín hiệu Thiết bị kế nối với mạng mặt đất devider Up converter conv Các bộ điều chế Down converter conv Tới/từ các mạng mặt đất Hình 2.8. Sơ đồ khối trạm mặt đất Trung tần Sóng mang cao tần Đồ án tốt nghiệp Tính can nhiễu giữa các vệ tinh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 51 2.4. Các sơ đồ phân kênh của vệ tinh Vinasat Bảng 2.1. Phân kênh tần số đường lên băng C Đƣờng lên Số kênh Tần số Phân cực C1 6446 V C2 6486 V C3 6526 V C4 6566 V C5 6606 V C6 6646 V C7 6686 V C8 6446 H C9 6486 H C10 6526 H C11 6566 H C12 6606 H C13 6646 H C14 6686 H Bảng 2.2. Phân kênh tần số đường xuống băng C Đƣờng xuống Số kênh Tần số Phân cực C1 3412 H C2 3452 H Đồ án tốt nghiệp Tính can nhiễu giữa các vệ tinh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 52 C3 3492 H C4 3532 H C5 3572 H C6 3612 H C7 3652 H C8 3412 V C9 3452 V C10 3492 V C11 3532 V C12 3572 V C13 3612 V C14 3652 V Bảng 2.3. Phân Kênh Tần Số Đường Lên Băng Ku Số Kênh Tần số Băng thông Phân cực Ku1 13790 36 V Ku2 13830 36 V Ku3 13870 36 V Ku4 13910 36 V Ku5 13950 36 V Ku6 13990 36 V Ku7 14030 36 V Ku8 14070 36 V Ku9 14110 36 V Đồ án tốt nghiệp Tính can nhiễu giữa các vệ tinh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 53 Ku10 14150 36 V Ku11 14190 36 V Ku12 14230 36 V Ku13 14280 36 V Ku14 14320 36 V Ku15 14360 36 V Ku16 14400 36 V Ku17 14440 36 V Ku18 14480 36 V Bảng 2.4. Phân kênh tần số đường xuống băng Ku Số Kênh Tần số Băng thông Phân cực Ku1/7 10980 36 H Ku2/8 11020 36 H Ku3/9 11060 36 H Ku4/10 11100 36 H Ku5/11 11140 36 H Ku6/12 11180 36 H Ku13 11470 36 H Ku14 11510 36 H Ku15 11550 36 H Ku16 11590 36 H Ku17 11630 36 H Ku18 11670 36 H Đồ án tốt nghiệp Tính can nhiễu giữa các vệ tinh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 54 2.5. Vùng phủ sóng vệ tinh Vinasat 1. Băng tần C mở rộng: toàn bộ khu vực Đông Nam Á, Úc, Ấn Độ, một phần Trung Quốc và Nhật Bản. 2. Băng tần ku: toàn bộ khu vực đông dƣơng, Thái Lan và một phần Mianma. * Kết luận: Chƣơng này đã xét cấu trúc chung của bộ phát đáp trên vệ tinh. Mỗi bộ phát đáp bao gồm ba phân hệ: phân hệ anten, phân hệ thông tin và phân hệ TT&C. Hệ thống anten trên vệ tinh bao gồm các anten phủ sóng nửa bán cầu, phủ sóng vùng rộng, phủ sóng vùng hẹp và TT&C. Phân hệ thông tin gồm các máy thu băng rộng, các bộ phân kênh vào, các bộ khuyếch đại và các bộ ghép kênh ra. Các thiết bị này thƣờng đƣợc dự phòng để tăng độ tin cậy. Ngoài ra, phân hệ này cũng có thể chứa các bộ lọc phân cực đứng (V) và ngang (H). Phân hệ TT&C (đo, bám và điều khiển) cho phép đo từ xa các thông số vệ tinh báo cáo vệ trạm điều khiển dƣới mặt đất để nhận đƣợc các lệnh điều khiển tƣơng ứng. Phân hệ này phát đi tín hiệu hải đăng thông báo về vị trị bị xê dịch của nó để đảm bảo bám từ trạm mặt đất. Ngoài ra, dựa trên tín hiệu này trạm điều khiển dƣới mặt đất cũng phát lênh điều khiển vị trí vệ tinh. Đồ án tốt nghiệp Tính can nhiễu giữa các vệ tinh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 55 CHƢƠNG III SUY HAO TRONG THÔNG TIN VỆ TINH * Nội dung chính của chƣơng gồm: + Lý thuyết và công thức các loại suy hao vệ tinh + Lý thuyết tính toán và các thông số cơ bản EIRP, G/T 3.1. Suy hao trong thông tin vệ tinh Một tuyến thông tin vệ tinh bao gồm đƣờng truyền sóng từ anten của trạm phát đến vệ tinh (tuyến lên - uplink) và từ vệ tinh đến anten của trạm mặt đất thu (tuyến xuống - downlink). Do đó suy hao trong thông tin vệ tinh gồm các loại suy hao sau: 3.1.1. Suy hao trong không gian tự do - Đối với vệ tinh điạ tĩnh ở độ cao 35.768km, cự ly thông tin cho một tuyến lên hay một tuyến xuống gần nhất là 35.768km. Do cự ly truyền sóng trong thông tin vệ tinh lớn nhƣ vậy nên suy hao trong không gian tự do là suy hao lớn nhất. - Gọi suy hao này là Ltd , ta có: Trong đó d[km] : là chiều dài của một tuyến lên hay xuống. λ [m]: bƣớc sóng công tác. Bƣớc sóng λ đƣợc đổi ra tần số công tác với quan hệ f = c/λ . c: vận tốc ánh sáng c = 3.108 m/s. f: tần số công tác (GHZ) tính theo dB: Đồ án tốt nghiệp Tính can nhiễu giữa các vệ tinh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 56 - Suy hao không gian tự do của tuyến lên hay xuống khi công tác ở băng C (6/4GHz) vào khoảng 200dB. Để bù vào suy hao này, đảm bảo cho máy thu nhận đƣợc một tín hiệu đủ lớn cỡ -90dBm đến -60dBm, ngƣời ta sử dụng anten có đƣờng kính đủ lớn hàng chục mét để có hệ số tăng ích lớn khoảng 60dB và máy phát có công suất lớn hàng trăm đến hàng ngàn W. - Xét trƣờng hợp một máy phát có công suất bức xạ là 100W cho mỗi sóng mang, công tác ở băng C (6/4GHz). Nếu chỉ tính đến suy hao không gian tự do là 200dB thì công suất thu đƣợc ở sóng mang đó sẽ là: Tính theo dBw : PRx = 20 (dBW) - 200 (dB) = -180 (dBW) = -150 (dBmW). Với công suất nhỏ nhƣ vậy thì máy thu không thể thu đƣợc tín hiệu, để có đƣợc công suất đầu vào máy thu khoảng -70dBm thì ta phải sử dụng anten phát và thu có hệ số tăng ích lớn. Nếu hệ số tăng ích của anten trạm mặt đất là GR=50dB thì anten thu trên vệ tinh có hệ số tăng ích GT=30dB. - Ngoài suy hao chính trong không gian tự do còn có các suy hao khác tuy không lớn nhƣng khi tính toán tuyến thông tin vệ tinh mà ta không xét hết các khả năng xấu nhất do ảnh hƣởng của môi trƣờng truyền sóng thì khi xảy ra các hiện tƣợng đó chất lƣợng thông tin sẽ xấu đi và có thể làm gián đoạn thông tin. 3.1.2. Suy hao do tầng đối lƣu Tầng đối lƣu là lớp khí quyển nằm sát mặt đất lên đến độ cao (10km-15km) (theo quy định của tầng đối lƣu tiêu chuẩn), bao gồm các chất khí chính hấp thụ sóng gây ra suy hao nhƣ hơi nƣớc, Oxy, Ozon, Cacbonic. Suy hao này phụ thuộc nhiều vào tần số và góc ngẩng của anten và chỉ đáng kể khi tần số công tác từ 10GHz trở lên, nghĩa là khi công tác ở băng Ku (14/12GHz) hay băng Ka (30/20GHz). Anten có góc ngẩng càng lớn thì suy hao tầng đối lƣu càng nhỏ, do đƣờng truyền của sóng trong tầng đối lƣu càng ngắn. Tại các tần số 21GHz và 60GHz có các suy hao cực đại, đó là do sự cộng hƣởng hấp thụ đối với các phân tử hơi nƣớc và Oxy. Đồ án tốt nghiệp Tính can nhiễu giữa các vệ tinh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 57 3.1.3. Suy hao do tầng điện ly Tầng điện ly là lớp khí quyển nằm ở độ cao khoảng 60km đến 400km, do bị ion hoá mạnh nên lớp khí quyển ở độ cao này bao gồm chủ yếu là các điện tử tự do, các ion âm và dƣơng nên đƣợc gọi là tầng điện ly. Sự hấp thụ sóng trong tầng điện ly giảm khi tần số tăng, ở tần số trên 600MHz thì sự hấp thụ không đáng kể. 3.1.4. Suy hao do thời tiết - Suy hao do các điều kiện thời tiết nhƣ mây, mƣa, sƣơng mù, suy hao này phụ thuộc vào nhiều yếu tố nhƣ cƣờng độ mƣa hay sƣơng mù, vào tần số, vào chiều dài quãng đƣờng đi của sóng trong mƣa, chiều dài này phụ thuộc vào góc ngẩng anten. Khi góc ngẩng tăng, suy hao giảm, với góc ngẩng anten khoảng 400 trở lên thì Suy hao không đáng kể, lúc đó suy hao do mƣa khoảng 0,6 dB, suy hao do sƣơng mù khoảng 0,2dB, còn suy hao trong các chất khí rất nhỏ có thể bỏ qua. Nói chung khi tần số và cƣờng độ mƣa tăng thì suy hao tăng nhanh, đặc biệt trong khoảng tần số từ 10GHz đến 100GHz. - Suy hao thực tế tuỳ thuộc vào góc ngẩng anten, độ cao đặt anten so với mức nƣớc biển, chiều cao cơn mƣa và sƣơng mù mà đoạn đƣờng đi thực tế của sóng qua vùng đó là khác nhau. Suy hao trên toàn bộ đoạn đƣờng có chiều dài Le sóng đi qua là: Ltt = γ .Le (dB) Trong đó γ : là hệ số suy hao trên đoạn đƣờng 1km (dB/km), phụ thuộc tần số, môi trƣờng gây suy hao nhƣ cƣờng độ mƣa hay độ dày của sƣơng mù. Le : là chiều dài thực tế sóng đi qua vùng gây suy hao (km), phụ thuộc góc ngẩng anten, độ cao đặt anten, đƣợc xác định theo công thức: Với hm là độ cao của cơn mƣa (km), theo khuyến nghị 564 của CCIR ở vĩ độ từ 0 0 đến 560 lấy hm = 3 ± 0,028 (km). hs là độ cao anten trạm mặt đất so với mức nƣớc biển (km). E là góc ngẩng anten (độ). Đồ án tốt nghiệp Tính can nhiễu giữa các vệ tinh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 58 3.1.5. Suy hao do đặt anten chƣa đúng Khi anten phát và thu lệch nhau thì sẽ tạo ra suy hao vì búp chính của anten thu hƣớng không đúng chùm tia phát xạ của anten phát. Thƣờng thì suy hao do đặt anten chƣa đúng từ 0,8 đến 1 dB. 3.1.6. Suy hao trong thiết bị thu Hình 3.1. Tổn hao Fiđơ Suy hao trong thiết bị phát và thu còn gọi là suy hao do hệ thống fiđơ, có hai loại nhƣ sau: Suy hao LFTX giữa máy phát và anten, để anten phát đƣợc công suất PT cần phải cung cấp một công suất PTX ở đầu ra của bộ khuếch đại phát, do vậy: PT = PTX – LFTX [dB] Suy hao LFRX giữa anten và máy thu, công suất PRX ở đầu vào máy thu bằng: PR = PRX – LFRX [dB] Trong các hệ thống vệ tinh hiện nay, để đơn giản thƣờng lấy hệ số tổn hao fiđơ LFRX = LFTX = 2dB. Suy ra LFRX = LFTX = 10 -0,2 (lần). 3.1.7. Suy hao do phân cực không đối xứng Suy hao do phân cực không đối xứng xảy ra khi anten thu không đúng hƣớng với sự phân cực của sóng nhận. Vớí đƣờng truyền phân cực tròn, sóng phát chỉ đƣợc phân cực tròn trên trục anten phát và nó sẽ trở thành elip khi ra khỏi trục anten đó. Khi truyền qua bầu khí quyển cũng có thể làm thay đổi phân cực tròn thành phân cực elip. Còn trong đƣờng truyền phân cực thẳng thì sóng có thể bị quay mặt phẳng phân cực của nó khi đƣờng truyền đi qua khí quyển, do đó anten thu không còn mặt phẳng phân cực của sóng đứng và sóng tới. Suy hao do lệch phân cực thƣờng chỉ 0,1dB. 3.1.8. Nhiễu từ vệ tinh khác Hình 3.2 cho ta thấy can nhiễu xảy ra do các vệ tinh đặt gần nhau. Ta xem xét tín hiệu can nhiễu từ vệ tinh 1 tác động lên trạm mặt đất 2 và tín hiệu can nhiễu từ vệ Đồ án tốt nghiệp Tính can nhiễu giữa các vệ tinh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 59 tinh 2 tác động lên trạm mặt đất 1. Khi góc θ càng nhỏ ( tƣơng ứng với 2 vệ tinh đặt càng gần nhau) thì ảnh hƣởng của chúng lên trạm mặt đất càng lớn. Hình 3.2. Can nhiễu giữa các hệ thống thông tin vệ tinh Trong thực tế, tỷ số công suất của sóng mang trên sóng can nhiễu C/N giữa các vệ tinh có thể lớn hơn hoặc bằng 30dB (1000 lần) khi hai vệ tinh đặt cách nhau khoảng 2 0 trên quỹ đạo, ngay cả nếu các anten của chúng cùng chiếu vào cùng một vị trí. 3.1.9. Trễ truyền dẫn Trong thông tin vệ tinh, hiện tƣợng trễ tín hiệu xảy ra khi cự ly thông tin quá dài, vì toàn bộ đƣờng truyền sóng của tuyến lên và xuống là hơn 72.000km, gây ra sự trễ tín hiệu lên đến 250ms. Nhƣng thời gian trễ 500ms mới ảnh hƣởng đến cuộc thoại. Do đó nên tránh làm việc với hai bƣớc nhảy (có trạm mặt đất chuyển tiếp cho thông tin giữa hai trạm cần liên lạc với nhau) vì sẽ gây độ trễ quá 1s. 3.2. Lý thuyết tính toán 3.2.1. Một số thuật ngữ và lý thuyết tính toán - Độ nghiêng(inclination): góc giữa mặt phẳng quỹ đạo và mặt phẳng xích đạo - Góc ngẩng (elevation): góc giữa vệ tinh và đƣờng nằm ngang (hình 3.3) - Uplink: tuyến từ trạm mặt đất lên vệ tinh - Downlink: tuyến từ vệ tinh xuống trạm mặt đất Đồ án tốt nghiệp Tính can nhiễu giữa các vệ tinh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 60 - Góc phƣơng vị (azimuth): góc giữa hình chiếu của vệ tinh trên mặt đất với cực bắc trái đất - Transponder: Khối thu phát kết hợp trong vệ tinh thông tin, thông tin nối tiếp giữa anten phát và anten thu - G/T: hệ số phẩm chất của máy thu Hình 3.3. Góc ngẩng vệ tinh - Công suất phát xạ đẳng hƣớng tƣơng đƣơng: (EIRP) biểu thị công suất thực tế phát tới vệ tinh, nghĩa là nó tƣơng đƣơng với công suất phát cần thiết khi sử dụng anten không có tăng ích và hệ thống phi đơ không có suy hao. EIRP = PT + GT (dBW) Với: Pt là công suất phát, Gt là hệ số khuyếch đại của anten phát - Đối với anten parabol, hệ số khuyếch đại anten thƣờng đƣợc tính theo công thức sau: Với: f là tần số sóng mang [GHz], D là đƣờng kính gƣơng phản xạ [m] và η là hiệu suất mặt mở. Thông thƣờng η=0,55-0,73. - Suy hao truyền sóng: LP = Γ + LI + LA + LR Đồ án tốt nghiệp Tính can nhiễu giữa các vệ tinh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 61 Với: LP là suy hao truyền sóng, LI là suy hao hấp thụ trong tầng điện ly, LA là suy hao hấp thụ trong không khí, LR là suy hao mƣa, Γ là suy hao không gian tự do Hay Γ = 92,5 + 20lg f [GHz] + 20lg d [km] (dB) Hay Γ = 32,5 + 20lg f [MHz] + 20lg d [km](dB) R: khoảng cách truyền λ: bƣớc sóng - Búp hƣớng anten: một anten có hƣớng sẽ bức xạ theo một búp chính và luôn tồn tại các búp phụ. Búp chính đƣợc xác định theo giới hạn góc θ3dB nhƣ sau: - Mật độ thông lƣợng công suất: (Ф ) (W/m2) Với R: khoảng cách truyền - Tỷ số công suất tín hiệu trên công suất tạp âm: (C/N) biểu thị mối quan hệ giữa độ lớn của tín hiệu thu và tạp âm tại đầu vào máy thu. C/N0 = Pr/N0 = (C/N) dB+10lg(Δf) (dB.Hz) Với: C là công suất thu sóng mang C/N0 không phụ thuộc vào tần số thƣờng đƣợc sử dụng để so sánh hiệu suất của các hệ thống khác nhau. C/N phụ thuộc vào độ rộng băng tần của một hệ thống cho trƣớc (chẳng hạn bộ lọc máy thu). N0 = kT Ta có: Đồ án tốt nghiệp Tính can nhiễu giữa các vệ tinh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 62 Với: là suy hao do lệch anten phát là suy hao do lệch anten thu LFTX và LFRX là suy hao ống dẫn sóng phía phát và thu TA là nhiệt độ tạp âm ( 0 K) LA là suy hao khí quyển (tầng điện ly và tầng đối lƣu) K = -228,6 (dBw/Hz 0 K) - Biểu thức này có thể hiểu nhƣ sau: C/N0 = ( EIRP máy phát )( 1/mất mát đƣớng truyền )( hệ số tăng ích của máy thu/nhiệt tạp âm )( 1/k ) (Hz) 3.2.2. Khảo sát thông số EIRP và G/T ở nƣớc ta  Băng tần C: Bảng 3.1. EIRP và G/T ở băng tần C City EIRP (dBW) G/T (dB/K) Hà Nội 44,1 -0,6 Hồ Chí Minh 43,6 -0,3 Hải Phòng 44,1 -0,6 Đà Nẵng 44,1 -0,3 Nha Trang 43,8 -0,2 Quy Nhơn 43,9 -0,2 Huế 44,2 -0,2 Đồ án tốt nghiệp Tính can nhiễu giữa các vệ tinh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 63  Băng tần ku: Bảng 3.2. EIRP và G/T ở băng tần ku City EIRP (dBW) G/T (dB/K) Hà Nội 54,5 8,4 Hạ Long 54,2 8,3 Thanh Hóa 53,8 8 Đà Nẵng 53,5 7,8 Nha Trang 53,5 7,9 Hồ Chí Minh 53,6 7,8 * Kết luận: Chƣơng này đã xét các dạng tổn hao đƣờng truyền khác nhau nhƣ: tổn hao do các phần tử của thiết bị vô tuyến, tổn hao không gian tự do, tổn hao khí quyển, tổn hao lệch định hƣớng anten, tổn hao lệch phân cực, tổn hao do mƣa… cho ta biết nguyên nhân của suy hao, đƣa ra các vấn đề để tìm hƣớng giải quyết để giảm suy hao trong thông tin vệ tinh, chúng ta cũng tìm hiểu đƣợc một phần công thức cơ bản để làm tiền đề tính can nhiễu giữa các vệ tinh trong chƣơng IV. Cần Thơ 43,4 -0,3 Nam Định 44,1 -0,5 Vinh 44,2 -0,4 Đồ án tốt nghiệp Tính can nhiễu giữa các vệ tinh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 64 CHƢƠNG IV TÍNH NHIỄU ẢNH HƢỞNG GIỮA VỆ TINH VINASAT VỚI VỆ TINH LÂN CẬN * Nội dung chính của chƣơng gồm: + Tính giá trị ngƣỡng ∆T/T + Các trƣờng hợp chồng lấn tần số + Cung phối hợp tần số + Tính C/I + Hai bài toán thực nghiệm 4.1. Giá trị ngƣỡng của ∆T/T Hình 4.1. Giá trị C/N Với D/C (Down Converter ) là bộ đổi tần xuống từ cao tần (RF) thành trung tần (IF) - Ntot = N + I Với Ntot là tổng các nguồn nhiễu N là công suất tạp âm nhiệt I là tạp âm nhiễu ngoài - Nếu I << N thì I/N < giới hạn ngƣỡng khi đó, không có ảnh hƣởng bất lợi đến hiệu suất hệ thống  phải giữ cho I/N < giới hạn ngƣỡng Đồ án tốt nghiệp Tính can nhiễu giữa các vệ tinh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 65 - Nhiễu nhiệt hệ thống: N = KTB Với K là hằng số Bolzman = -228,6 (dBw/Hz 0K) T là nhiệt độ tạp âm bộ thu (0K) B là băng thông (Hz) - Nếu N0 là mật độ phổ công suất tạp âm nhiễu (W/Hz) ta có: N = N0B với N0 = KT - Nếu Im là giá trị max của mật độ phổ của tạp âm nhiễu bên ngoài vào hệ thống là I thì: I ≤ ImB  I/N ≤ Im/N0 - Nếu ∆T là nhiệt độ tạp âm hệ thống tăng lên gây ra bởi Im thì: Im = K∆T  Im/N0 = ∆T/T - Việc tính toán thông qua nhiệt độ nhiệt tạp âm rất thuận lợi vì không phải tính mật độ công xuất nhiễu ngoài qua việc tính tích phân trong toàn bộ băng tần bộ thu. Nhƣ vậy tính toán nhiễu từ bên ngoài thông qua tỷ số T/T sẽ đơn giản hơn nhiều Hình 4.2. Sơ đồ tuyến thông tin vệ tinh Với: Prs là công suất ở đầu ra của anten SAT Pre là công suất ở đầu ra của anten ES γ là độ lợi ( độ khuếch đại) = Pre/ Prs Ts là nhiệt độ tạp âm của máy thu SES Te là nhiệt độ tạp âm của máy thu ES Đồ án tốt nghiệp Tính can nhiễu giữa các vệ tinh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 66 T là nhiệt độ tạp âm tƣơng đƣơng của trạm mặt đất: T = Te + γTs Hình 4.3. Vệ tinh gây nhiễu - Im là mật độ công suất nhiễu ở đầu ra anten thu - Im = (p’G’tGr)/L Với: Im = K∆T Suy ra: ∆T = Im/K T/T = Im /KT T/T = (p’ Gt’ Gr )/KLT Im/N0 = T /T ≤ 6% (Theo ITU – R)  giá trị ngƣỡng của T /T  Trƣờng hợp xấu nhất xảy ra với nhiễu can thiệp khi tính T/T : - Với vệ tinh SAT : độ nhạy của máy thu bị ảnh hƣởng bởi nhiễu - Với vệ tinh gây nhiễu: có thể gây ra tối đa nhiễu tới mạng vệ tinh SAT - Giá trị cao nhất của độ khuếch đại anten SAT và anten vệ tinh gây nhiễu: + vệ tinh gây nhiễu truyền đến trạm mặt đất theo đúng hƣớng và vệ tinh VINASAT có anten thu độ khuếch đại cao nhất + vệ tinh VINASAT thu tín hiệu trạm mặt đất đúng hƣớng và vệ tinh gây nhiễu truyền với độ khuếch đại cao nhất - Bức xạ nhiễu gây ra bởi mật độ công suất nhiễu lớn nhất - T quá nhỏ - γ nhận giá trị lớn Đồ án tốt nghiệp Tính can nhiễu giữa các vệ tinh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 67 4.2. Chồng lấn tần số giữa hai vệ tinh 4.2.1. Chồng lấn tần số chỉ downlink (wanted) Hình 4.4. Chồng lấn tần số chỉ downlink (wanted) vệ tinh Vinasat chỉ downlink và không uplink: Mật độ công suất nhiễu p’s đƣợc bổ sung thêm nhiễu nhiệt của vệ tinh VINASAT ∆TE ở anten thu trạm mặt đất TE / TE = p’s G’3 G4(w) / LD KTE 4.2.2. Chồng lấn tần số chỉ uplink (wanted) Hình 4.5. Chồng lấn tần số chỉ uplink (wanted) Vệ tinh VINASAT chỉ uplink và không downlink Đồ án tốt nghiệp Tính can nhiễu giữa các vệ tinh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 68 Mật độ công suất nhiễu p’e đƣợc bổ sung thêm nhiễu nhiệt ∆Ts ở anten thu tại vệ tinh VINASAT TS / TS = p’e G’1(i) G2 / LU KTS 4.2.3. Chồng lấn tần số chỉ uplink (interfering) Hình 4.6. Chồng lấn tần số chỉ uplink (interfering) Mật độ công suất nhiễu p’e đƣợc bổ sung thêm nhiễu nhiệt TS ở anten thu của vệ tinh VINASAT TS / T =  p’e G’1(i) G2 / LU K T 4.2.4. Chồng lấn tần số chỉ downlink (interfering) truyền đến ES Hình 4.7. Chồng lấn tần số chỉ downlink (interfering) truyền đến ES Mật độ công suất nhiễu p’S đƣợc bổ sung thêm nhiễu nhiệt TE ở anten thu của trạm mặt đất TE / T= p’s G’3G4 (W) / LD K T Đồ án tốt nghiệp Tính can nhiễu giữa các vệ tinh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 69 4.2.5. Chồng lấn tần số cả uplink và downlink Hình 4.8. Chồng lấn tần số cả uplink và downlink Mật độ công suất nhiễu p’e và p’S đƣợc bổ sung thêm nhiễu nhiệt TS và TE (TE + TS )/ T = 1/K T[{p’s G’3G4 (W) / LD}+  {p’e G`1(i) G2 / LU}] 4.2.6. Chồng lấn tần số với interfering chỉ downlink tác động đến SAT Hình 4.9. Chồng lấn tần số với interfering chỉ downlink tác động đến SAT Tƣơng tự nhƣ trên ta có: TS / T =  p’S G’3 (S) G2 (S) / LS K T Đồ án tốt nghiệp Tính can nhiễu giữa các vệ tinh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 70 4.2.7. Chồng lấn tần số với interfering chỉ downlink tác động đến SAT (SAT chỉ uplink) Hình 4.10. Chồng lấn tần số với interfering chỉ downlink tác động đến SAT (SAT chỉ uplink) Ta có: TS / TS = p’S G’3 (S) G2 (S) / LS K TS 4.3. Cung Phối Hợp Quỹ Đạo  Là khoảng cách giữa hai vệ tinh (tính theo độ) theo quy định của ITU cho các băng tần mà nếu hai vệ tinh nằm trong cung quỹ đạo phối hợp (<=aa giá trị đƣợc liệt kê dƣới đây) của nhau thì có thể khởi động tiến trình phối hợp  Phƣơng pháp này đƣợc thực hiện khi không dùng tính ∆T/T cho các mạng vệ tinh: - Cả 2 đều sử dụng dịch vụ vệ tinh cố định (FSS: FIXED SATELLITE SERVICE), phát thanh vệ tinh (BSS: BROADCASTING SATELLITE) và các hoạt động dịch vụ ở trên vũ trụ - Có sự định hƣớng vệ tinh - Sử dụng băng tần số bên dƣới - Đƣợc định vị với tọa độ thích hợp - Đã thiết lập các băng tần - Thuộc về những mạng vệ tinh mà đƣợc định vị bên trong cung phối hợp Băng Tần Cung Phối Hợp Thích Hợp (aa) 3400 – 10950 MHz ± 10° của vị trí quỹ đạo danh nghĩa Đồ án tốt nghiệp Tính can nhiễu giữa các vệ tinh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 71 10.95 – 17.7 GHz ± 9° của vị trí quỹ đạo danh nghĩa trên 17.7 GHz ± 8° của vị trí quỹ đạo danh nghĩa  Khi mạng vệ tinh trong những băng tần đã nêu, phƣơng pháp cung phối hợp đƣợc áp dụng, nếu định vị bên ngoài cung phối hợp thì phối hợp sẽ không đƣợc nhƣng có thể áp dụng đƣợc nếu  T/T > 6%  Khi mạng vệ tinh ở trong băng tần đã nêu, phƣơng pháp cung phối hợp đƣợc áp dụng, nếu định vị bên trong cung phối hợp và  T/T < 6% thì phƣơng pháp cung phối hợp có thể áp dụng  Tóm tắt những điều kiện phối hợp giữa những vệ tinh địa tĩnh trong mạng: - Hai mạng đó nằm trong cung quỹ đạo phối hợp của nhau - Phối hợp đƣợc áp dụng bởi  T/T > 6% hoặc tỷ số C/N dƣới mức yêu cầu - Phối hợp đƣợc kích hoạt bởi ngƣời quản lý khi vệ tinh ở trong băng tần 4.4. Tính C/I  Sự cần thiết phải tính C/I: - Nhu cầu phối hợp đƣợc thiết lập bởi cung phối hợp vệ tinh  T/T > 6% -  T/T > 6% không tất yếu chỉ ra đƣợc sự can thiếp của nhiễu vì việc tính toán T/T không nằm trong các công thức: + Phạm vi hình thành của nhiễu chỉ có giá trị I/N là đƣợc xem xét + Phạm vi chồng chéo tần số giữa tín hiệu mong muốn và tín hiệu gây nhiễu + Mức độ tín hiệu mong muốn + Hiệu quả lọc tín hiệu của máy thu  Tần suất của nhiễu có hại do đó đƣợc tính bởi C/I  Phƣơng pháp luận tính C/I Để kiểm tra xác suất của nhiễu có hại giữa vệ tinh mong muốn và vệ tinh gây nhiễu: - Bƣớc 1: tính toán cơ bản C/I và điều chỉnh nó theo sự chênh lệch băng thông giữa vệ tinh mong muốn và vệ tinh gây nhiễu - Bƣớc 2: tính toán giá trị yêu cầu C/I từ: + theo tiêu chuẩn của ngƣời quản lý hoặc + xuất phát từ tiêu chí của ITU: Đồ án tốt nghiệp Tính can nhiễu giữa các vệ tinh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 72 (C/I)yêu cầu = C/N + K ở đây K = 14 hoặc 12,2 (dB) (theo ITU) - Bƣớc 3: tính toán dung sai M = (C/I)điều chỉnh - (C/I)yêu cầu  Phƣơng pháp phân tích tính tƣơng thích 1: - Bƣớc 1: thuật tính toán C/I Tính toán: + (C/I )b : giá trị cơ bản của C/I (sử dụng phƣơng pháp hình học ITU) + (C/I )a = {(C/I )b + Ia}  điều chỉnh giá trị của C/I Ia  can thiệp ( yếu tố điều chỉnh băng thông) + C/I cho uplink và downlink sử dụng giá trị của Ia cho mội trƣờng hợp nhƣ sau: (C/I )u  trƣờng hợp xấu nhất uplink, điều chỉnh giá trị của C/I tại điểm bất kỳ (C/I )d  trƣờng hợp downlink, điều chỉnh giá trị của C/I tại 1 điểm đặc biệt (C/I )T  toàn bộ giá trị C/I tại 1 điểm đặc biệt 1. Trƣờng hợp 1: (C/I )T = (C/I )u khi không có downlink của vệ tinh mong muốn hay vệ tinh gây nhiễu vào hệ thống hoặc cả 2 hoặc hệ thống không trùng nhau trong downlink của hệ thống vệ tinh mong muốn hay vệ tinh gây nhiễu 2. Trƣờng hợp 2: (C/I )T = (C/I )d khi không có uplink của vệ tinh mong muốn hay vệ tinh gây nhiễu vào hệ thống hoặc cả 2 hoặc hệ thống không trùng nhau trong uplink của hệ thống vệ tinh mong muốn hay vệ tinh gây nhiễu 3. Trƣờng hợp 3: khi cả uplink và downlink đều có trong vệ tinh mong muốn và vệ tinh gây nhiễu và chồng lấn tần số trong cả 2 hƣớng (C/I)T = -10lg ( 10 -0,1(C/I) u + 10 -0,1(C/I) d )  Ƣu điểm của việc điều chỉnh nhiễu hoặc băng thông: - Đối với tình huống khi băng thông có sóng mang nhiễu vƣợt quá giá trị mong muốn nó sẽ ảnh hƣởng đến hiệu suất của hệ thống - Khi sóng mang nhiễu nằm hoàn toàn trong giá trị mong muốn: + Không có giảm công suất sóng mang nhiễu Đồ án tốt nghiệp Tính can nhiễu giữa các vệ tinh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 73 + Không có lợi thế về băng thông, điều chỉnh đến mức của nhiễu - Khi sóng mang nhiễu có 1 băng thông lớn hơn băng thông của sóng mang mong muốn: công suất của sóng mang nhiễu giảm tƣơng ứng với chồng lấn tần số  Phƣơng pháp phân tích tính tƣơng thích 2: - Bƣớc 2: thuật tính toán C/N và yêu cầu tối thiếu của C/I + tính nhiễu hệ thống ở máy thu (cho uplink và downlink) sử dụng các công thức sau: N = - 228.6 + 10[ log10(TR) + 6 + log10(BW)] (dBW) Với TR: nhiễu nhiệt hệ thống tại máy thu ( 0 K) BW: băng thông máy thu (MHZ) + tính C/N ở điểm thử: (C/N)dBW = CdBW - NdBW + tính (C/N )T là toàn bộ giá trị của C/N (dB) tại điểm thử đặc biệt: 1. trƣờng hợp 1: (C/N )T = (C/N )u  trƣờng hợp xấu nhất C/N (dB) ở 1 vài điểm thử uplink, khi không tồn tại chồng chéo tần số ở downlink của tín hiệu vệ tinh mong muốn và vệ tinh gây nhiễu 2. trƣờng hợp 2: (C/N )T = (C/N )d  downlink C/N (dB) ở vài điểm thử đặc biệt khi không tồn tại chồng lấn tần số ở downlink của tín hiệu vệ tinh mong muốn và vệ tinh gây nhiễu 3. trƣờng hợp 3:Khi tồn tại cả uplink và downlink của tín hiệu vệ tinh mong muốn và vệ tinh gây nhiễu, không tồn tại chồng lấn tần số cả 2 hƣớng (C/N)T = -10lg ( 10 -0,1(C/N) u + 10 -0,1(C/N) d ) Yêu cầu tối thiểu của C/I: C/Itối thiểu = (C/N )T + K Hệ số K phụ thuộc vào loại sóng mang (TV-FM, Digital, SCPC-FM) và nhận những giá trị 14 hoặc 12,2 (dB) (theo ITU)  Phƣơng pháp phân tích tƣơng thích 3: - Bƣớc 3: thuật tính độ dự trữ M + M = (C/I )a - (C/I)m (d