Luận văn Nhiễu trong thông tin vệ tinh kết quả đo và một số giải pháp hạn chế nhiễu

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Bùi Ngọc Thạch NHIỄU TRONG THÔNG TIN VỆ TINH KẾT QUẢ ĐO VÀ MỘT SỐ GIẢI PHÁP HẠN CHẾ NHIỄU LUẬN VĂN THẠC SĨ Hà Nội - 2008 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Bùi Ngọc Thạch NHIỄU TRONG THÔNG TIN VỆ TINH, KẾT QUẢ ĐO VÀ MỘT SỐ GIẢI PHÁP HẠN CHẾ NHIỄU Ngành : Công nghệ Điện tử - Viễn thông Chuyên ngành : Kỹ thuật vô tuyến và thông tin liên lạc Mã số : 2.07.00 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. TRẦN MINH TUẤN Hà Nội - 2008 1 MỞ ĐẦU Trong những năm gần đây, lĩnh vực thông tin viễn thông có những bước tiến rất nhanh, đóng vai ngày càng quan trọng đối với sự phát triển của nền kinh tế. Không nằm ngoài xu hướng đó, thông tin vệ tinh cũng không ngừng phát triển với các ứng dụng, dịch vụ cho các ngành, lĩnh vực như: quân sự, viễn thông, khí tượng thủy văn, hàng hải, khác thác dầu, giáo dục, y tế, phát thanh, truyền hình...đặc biệt là sự bùng nổ của truyền hình DTH. Với nhu cầu ngày càng lớn, các công nghệ, kỹ thuật trong lĩnh vực thông tin vệ tinh cũng được tìm hiểu nghiên cứu, ứng dụng vào thực tiễn rất nhiều. Để đáp ứng nhu cầu rất lớn về dịch vụ thông tinh vệ tinh, số lượng quả vệ tinh trên quỹ đạo được phóng lên ngày càng nhiều, khoảng cách giữa các quả vệ tinh cũng bị thu hẹp từ khoảng cách 40, 20 trước đây, hiện nay tại một vị trí quỹ đạo có thể có vài quả vệ tinh, các dải tần vệ tinh C, Ku, Ka được sử dụng một cách tối đa, công nghệ phủ sóng spotbeam cũng được nhiều nhà khai thác vệ tinh sử dụng. Với việc khai thác tối đa nguồn tài nguyên thông tin vệ tinh, khả năng xuất hiện, gây nhiễu trong cùng hệ thống cũng như giữa các hệ thống càng dễ xảy ra. Trong thông tin vệ tinh tác động, ảnh hưởng của nhiễu đến chất lượng dịch vụ rất lớn. Các nguồn nhiễu như: nhiễu sóng mang lân cận, nhiễu vệ tinh lân cận, nhiễu do chính hệ thống của khách hàng, nhiễu xuyên phân cực, nhiễu mặt trời và nhiều loại nhiễu khác. Vì vậy, việc tìm hiểu nghiên cứu về nhiễu trong thông tin vệ tinh là rất cần thiết, đặc biệt hiện nay nước ta đã phóng vệ tinh VINASAT-1 và sẽ phóng thêm những quả vệ tinh khác trong tương lai. Với các yêu cầu đó đề tài “Nhiễu trong thông tin vệ tinh, kết quả đo và một số giải pháp hạn chế nhiễu” được lựa chọn để nghiên cứu, phân tích ứng dụng thực tế, làm cơ sở xây dựng nên các quy trình xử lý nhiễu, nó rất hữu ích đối với những người khai thác và khách hàng sử dụng dịch vụ thông tin vệ tinh. 2 Nội dung luận văn này gồm có 3 chương: Chương 1: Tổng quan về thông tin vệ tinh Trình bày về ứng dụng, dịch vụ, công nghệ, kỹ thuật và một số vấn đề của thông tin vệ tinh. Chương 2: Nhiễu trong hệ thống thông tin vệ tinh Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng hệ thống, các tham số đánh giá chất lượng hệ thống và một số phương pháp tính nhiễu. Chương 3: Nhiễu trong thông tin vệ tinh các kết quả đo và giải pháp hạn chế nhiễu Đưa ra các thông tin chung về các nguồn nhiễu, loại nhiễu, các con số thống kê về nguyên nhân gây nhiễu. Sau đó, với mỗi loại nhiễu được mô tả, đánh giá ảnh hưởng đến chất lượng dịch vụ, phân tích nguyên nhân và đưa ra biện pháp hạn chế khắc phục, có sử dụng kết quả đo để minh họa. Tính toán công suất bức xạ đẳng hướng tương đương của mỗi sóng mang khi phát một, nhiều sóng mang trên một bộ phát đáp. Tính toán công suất trạm mặt đất khi phát bão hòa bộ phát đáp. Để hoàn thành luận văn tốt nghiệp, tôi xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo TS.Trần Minh Tuấn và các thầy cô giáo Khoa Điện tử Viễn thông - Trường Đại học Công nghệ - Đại học Quốc gia Hà Nội và các đồng nghiệp của mình. Vì đây là một lĩnh vực khó nên các nội dung không tránh khỏi còn hạn chế và thiếu sót. Tôi rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến, phê bình của các thầy cô giáo cũng như các đồng nghiệp để có thể bổ sung vào nội dung của luận văn này. 3 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN VỆ TINH 1.1. Giới thiệu chung về thông tin vệ tinh 1.1.1. Giới thiệu chung: Trong những năm trở lại đây, thông tin vệ tinh đó có những phát triển vượt bậc, việc sử dụng những kỹ thuật mới làm cho các dịch vụ của thông tin vệ tinh trở thành một dịch vụ phổ thông trên khắp thế giới. Hàng ngày hai hệ thống thông tin vệ tinh toàn cầu lớn là Intelsat và Intersputnyk bay vũng quanh trái đất cung cấp hàng ngàn kênh thoại cố định nối hàng trăm quốc gia với nhau. Ngoài ra cũng có các vệ tinh khu vực như Aussat, Eusat, Arbsat… cung cấp các dịch vụ thoại cố định, phát thanh truyền hình, truyền số liệu, đảm bảo thông tin dẫn đường cho hàng không, cứu hộ hàng hải, thăm dò tài nguyên bằng hệ thống vệ tinh tầm thấp, các chương trình đào tạo giáo dục từ xa… Tóm lại, ngày nay thông tin vệ tinh có mặt hầu hết trong mọi lĩnh vực về viễn thông. Thông tin vệ tinh là thông tin giữa các trạm mặt đất nhờ trạm lặp là trạm vệ tinh và là một trong ba loại thông tin vụ tuyến vũ trụ để phân biệt với hai loại thông tin vụ tuyến vũ trụ khác là thông tin giữa một trạm mặt đất với một trạm vũ trụ hay thông tin giữa hai trạm vũ trụ với nhau. Intelsat là một tổ chức viễn thông quốc tế hoạt động phi lợi nhuận do hơn một trăm nước thành viên góp vốn. Mạng thông tin vệ tinh do Intelsat cung cấp ngày nay đang là mạng vệ tinh lớn nhất thế giới, cung cấp hơn 2/3 tổng số kênh liên lạc quốc tế toàn cầu. Intersputnyk có mạng vệ tinh cho hơn chục nước tham gia vào mạng thông tin liên lạc cố định và phủ sóng phát thanh truyền hình. 1.1.2. Đặc điểm của thông tin vệ tinh: - Vùng phủ sóng lớn: Từ quĩ đạo địa tĩnh cách trái đất khoảng 37000 km vệ tinh có thể nhìn thấy 1/3 trái đất, như vậy chỉ cần 3 vệ tinh trên quĩ đạo là có thể phủ sóng toàn cầu. 4 - Dung lượng thông tin lớn: Với băng tần cung cấp rộng và sử dụng kỹ thuật tái sử dụng băng tần, hệ thống thông tin vệ tinh cho phép đạt được dung lượng thông tin rất cao. - Độ tin cậy cao: Do tuyến thông tin vệ tinh chỉ có 3 trạm (2 trạm mặt đất đầu cuối thông tin và trạm lặp vệ tinh) nên xác suất hư háng trên tuyến rất nhỏ. - Tính linh hoạt cao. - Đa dạng về loại hình dịch vụ. 1.2. Cấu trúc của tuyến liên lạc vệ tinh: 1.2.1. Các thiết bị trong tuyến liên lạc thông tin vệ tinh: Không giống như trong các hệ thống thông tin khác là thông tin giữa các phần tử trên mặt đất, mà tuyến thông tin trong thông tin vệ tinh là tuyến liên lạc giữa một phần tử trên mặt đất và một phần tử trong không gian vũ trụ là vệ tinh nên trong tuyến liên lạc thông tin vệ tinh bao gồm hai phần là phần không gian và phần mặt đất. Các phần không gian và mặt đất được xem xét kỹ thuật dưới đây: - Phần không gian bao gồm vệ tinh, các thiết bị trên vệ tinh, thiết bị điều khiển đo xa, các thiết bị cung cấp nguồn. - Phần mặt đất cũng gọi là các trạm mặt đất bao gồm anten thu phát và các thiết bị điều khiển bám vệ tinh, ống dẫn sóng các bộ chia cao tần và ghép công suất, máy thu tạp âm thấp và các bộ giải điều chế, các bộ đổi tần lên xuống, các bộ khuếch đại công suất lớn và các bộ điều chế. 1.2.2. Tuyến liên lạc qua hệ thống thông tin vệ tinh: - Tại trạm phát: Các tín hiệu có băng tần cơ bản được điều chế thành trung tần, sau đó được đổi lên cao tần nhờ bộ đổi tần tuyến lên UC (Up Converter) rồi được khuếch đại lên mức công suất cao nhờ bộ khuếch đại công suất lớn HPA (High Power Amplifier) và được phát lên vệ tinh qua anten phát. 5 - Tại trạm thu: Tín hiệu cao tần phát từ vệ tinh được thu bởi anten thu qua bộ khuếch đại tạp âm thấp LNA (Low Noise Amplifier) và được đổi xuống trung tần nhờ bộ đổi tần xuống DC (Down Converter), sau đó qua bộ giải điều chế để khắc phục lại băng tần cơ bản giống bên phát. 1.3. Các vấn đề trong truyền sóng: 1.3.1. Tần số công tác của thông tin vệ tinh: Sóng điện từ có dải rộng được dùng trong thông tin vệ tinh tuỳ vào sự khác nhau về mục đích sử dụng. Sóng có tần số cao dễ bị hấp thụ và tiêu hao trong tầng khí quyển, trong sương mù và đặc biệt là mưa. Sóng tần thấp lại bị yếu đi nhiều khi đi qua nhiều tầng điện ly do bị hấp thụ hay bị phản xạ. Uỷ ban tư vấn quốc tế về vô tuyến CCIR khuyến nghị dải tần làm việc trong thông tin vệ tinh là 1 GHz- 10 GHz, đó là dải tần thực tế nhất trong thông tin vệ tinh và nó được gọi là “cửa sổ vô tuyến”. Các băng tần được sử dụng: Hiện nay thông tin vệ tinh sử dụng chủ hai băng tần C và Ku với tần số cho tuyến lên và tuyến xuống là 4/6 cho băng tần C và 11/14 D/C LNA U/C HPA DEM MOD Hình 1.1: Đường liên lạc thông tin vệ tinh. 6 cho băng tần Ku, ngoài ra hiện nay băng tần 30/20 cũng mới được đưa vào sử dụng (tần số tính bằng đơn vị GHz). Độ rộng băng tần của thông tin vệ tinh là 500 MHz và nó được chia ra thành các băng tần nhỏ hơn 36 MHz hoặc 70 MHz. Tuy vậy để nâng cao giá trị hiệu dụng của băng tần nhằm tăng dung lượng thông tin người ta đó sử dụng kỹ thuật sử dụng lại băng tần cho phép nâng băng tần hiệu dụng lên tới 2590 MHz. Các kỹ thuật sử dụng lại băng tần thường được sử dụng gồm có: - Tái sử dụng băng tần bằng cách chọn phân cực: Các băng tần giống nhau được phát xạ do các anten thông qua các bộ phát đáp khác nhau sử dụng phân cực trực giao của sóng điện từ. - Trong thông tin vệ tinh sóng điện từ phân cực theo hai loại tròn và tuyến tính để truyền đi trong không gian, và để thu được những sóng điện từ đó thì anten thu cũng phải có phân cực tương ứng. Anten có thu phân cực tuyến tính thu được với mức lớn nhất sóng điện từ cùng phân cực nếu góc nghiêng sóng điện từ và anten trong không gian là như nhau. - Tái sử dụng băng tần bằng cách phân biệt các chùm tia phát xạ từ anten. Các băng tần giống nhau được phát đi bằng các anten trên vệ tinh dùng các bộ phát đáp khác nhau có các chùm tia thu và các chùm tia phát không trùng lên nhau. 1.3.2. Phân định tần số trong thông tin vệ tinh: Việc phân định tần số được thực hiện theo Điều lệ vô tuyến điện ở mỗi khu vực của ITU. Có ba khu vực của ITU; Nhật Bản nằm ở khu vực 3: Khu vực 1: Châu Âu, Châu Phi, Liên bang Xô Viết cũ và các nước Đông Âu Khu vực 2: Các nước Nam và Bắc Mỹ Khu vực 3: Châu Á và châu Đại dương Tuy nhiên do có sự khác nhau giữa các khu vực đối với dịch vô thông tin vệ tinh nên phân định tần số cho ba khu vực này thường được tiến hành với một vài ngoại lệ. 7 Bảng 1.1 Tần phân loại sóng vô tuyến điện: Tần số Dải tần số Tần băng tần Phân loại theo bước sóng Sử dụng chủ yếu trong 1 30-300Hz Tần số cực kỳ thấp (VLF) Sử dụng trong vật lý 2 300Hz-3KHz Tần số cực thấp (EHF) Chưa được phân định 3 3-30KHz Tần số rất thấp (VLF) Sóng Mm (chục nghìn m) Vô tuyến hàng hải,thông tin di động hàng hải 4 300-3000KHz Tần số thấp (LF) Sóng Km Thông tin di động hàng không. Vô tuyến hàng hải 5 3-30MHz Tần số trung bình (MF) Sóng Hectomet (cỡ trăm m) Phát thanh Thông tin hàng hải Thông tin quốc tế 6 30-300MHz Tần số cao (HF) Sóng decamet (cỡ chục m) Phát thanh sóng ngắn Các loại thông tin di động Các loại thông tin cố định 7 300-3000MHz Tần số rất cao (VHF) Sóng m Phát thanh FM và truyền hình Các loại thông tin di động 8 3-30 GHz Tần số cực cao (UHF) Sóng dm Truyền hình Các loại thông tin di động Các loại thông tin cố định 9 30-300 GHz Tần số siêu cao (SHF) Sóng cm Thông tin vệ tinh và rada Viễn thông công cộng Vô tuyến thiên văn 10 30-300 GHz Tần số vô cùng cao (DHF) Sóng mm Vô tuyến thiên văn Rada sóng mm Nghiên cứu và thử nghiệm 11 300-3000 GHz Sóng decimilimet Chưa được phân định 8 1.3.3. Tần số sử dụng cho thông tin vệ tinh cố định: Việc phân định tần số cho các dịch vô thông tin vệ tinh cố định nghĩa là vệ tinh các điểm cố định. Trong này tần các băng tần như L, S và C được sử dụng rộng rãi ở nhiều nước, bao gồm cả Nhật và Mỹ, đó là tần phổ thông không được quốc tế công nhận. Phân định tần số cho dịch vô thông tin vệ tinh cố định Tần các tần số: L: 1.0 – 2.0 GHz Ka: 26.5 –40.0 GHz S : 2.0 – 4.0 GHz K: 18.0 – 26.5 GHz C: 4.0 – 8.0 GHz Ku: 12.4 – 18.0 GHz X: 8.0 – 12.4 GHz - Băng C (6/4 GHz, cho đường lên gần 6 GHz và đường xuống gần 4 GHz) Nằm ở khoảng giữa cửa sổ tần số, băng tần này chỉ suy hao ít do mưa và trước đây đó được sử dụng cho hệ thống Viba dưới mặt đất; do đó sự phát triển của thiết bị đó ở mức tiên tiến, nó được sử dụng chung cho hệ thống Intelsat và các hệ thống khác bao gồm các hệ thống vệ tinh khu vực và nhiều hệ thống vệ tinh nội địa. - Băng Ku (các băng 14/12 GHz và 14/11 GHz) Băng này được sử dụng rộng rãi tiếp sau băng C cho viễn thông công cộng. Nó được ưu tiên dùng hơn trong thông tin nội địa và thông tin giữa các công ty, do tần số cao nên cho phép trạm mặt đất sử dụng được những Anten kích thước nhỏ. - Băng Ka (30/20 GHz) Băng Ka lần đầu tiên được sử dụng cho một đường thông tin thương mại qua vệ tinh thông tin “SAKURA” của Nhật. Ưu điểm của thông tin vệ tinh sử dụng băng tần này là cho phép sử dụng các trạm mặt đất nhỏ. Mặt khác nó cũng có những nhược điểm là giá thành thiết bị tương đối cao để khắc phục suy hao lớn do mưa. Ở Nhật khi sử dụng băng C và Ku vì hai băng tần này dễ gây nhiễu cho hệ thống viba đặt ở các vùng khác nhau trên nước Nhật. Băng Ka 30/20 GHz có một ưu điểm là không gây nhiễu với các hệ thống viba đó được sử dụng. 9 Bảng 1.2 Các băng tần sử dụng cho thông tin vệ tinh Băng tần Tần thông dụng Đặc tính và ứng dụng 6/4 GHz Băng C Phù hợp nhất cho thông tin vệ tinh Dùng cho thông tin quốc tế và nội địa 14/12 GHz Băng Ku Bị suy hao do mưa Sử dụng cho thông tin quốc tế và nội địa 30/20 GHz Băng Ka Bị suy hao nhiều do mưa Sử dụng cho thông tin nội địa 1.3.4. Phân cực sóng: - Phân cực sóng là gì Trường điện từ của một sóng vô tuyến điện khi đi trong một môi trường (như là khí quyển) dao động theo một hướng nhất định. Phân cực là hướng dao động của điện trường. Có hai loại phân cực sóng vô tuyến điện được sử dụng trong thông tin vệ tinh: sóng phân cực thẳng và sóng phân cực tròn. - Sóng phân cực thẳng Một sóng phân cực thẳng có thể tạo ra bằng cách dẫn các tín hiệu từ một ống dẫn sóng chữ nhật đến anten loa. Nhờ đó, sóng được bức xạ theo kiểu phân cực thẳng đứng song song với cạnh đứng của anten loa. Để thu được sóng này anten thu cũng cần được bố trí giống tư thế của anten phía phát. Khi đặt nó vuông góc, thì không thể thu được sóng này ngay cả khi sóng đi vào ống dẫn sóng vì nó không được nối với đường cáp đồng trục. Mặc dù sóng phân cực thẳng thì dễ dàng tạo ra, nhưng cần phải điều chỉnh hướng của ống dẫn sóng anten thu sao cho song song với mặt phẳng phân cực của sóng đến. - Sóng phân cực tròn Sóng phân cực tròn là sóng khi truyền lan phân cực của nó quay tròn. Có thể tạo ra loại sóng này bằng cách kết hợp hai sóng phân cực thẳng có phân cực vuông góc với nhau và góc lệch pha là 900. Sóng phân cực tròn là sóng phân cực phải hay 10 trái phụ thuộc vào sự khác pha giữa các sóng phân cực thẳng và sớm pha hay chậm pha. Phân cực quay theo chiều kim đồng hồ hay ngược chiều kim đồng hồ với tần số bằng tần số sóng mang. Đối với sóng phân cực tròn mặc dầu không cần điều chỉnh hướng của loa thu, nhưng mạch fiđơ của anten trở nên phức tạp hơn đôi chút. 1.3.5. Tạp âm: - Khỏi niệm về tạp âm trong thông tin vệ tinh Tạp âm được hiểu là tín hiệu không mong muốn có trong luồng tín hiệu thu về, tạp âm làm giảm chất lượng thông tin, ví dụ như tạp âm làm giảm tỷ số tín hiệu trên nhiễu S/N, hoặc làm giảm tỷ số sóng mang trên tạp âm, tăng tín hiệu lỗi bit đường truyền. Trên thực tế đối với các hệ thống tin khác thì tạp âm thường rất nhỏ so với tín hiệu hữu ích, nhưng trên tuyến thông tin vệ tinh, tín hiệu hữu ích thu được thường rất nhỏ, trong khi đó tạp âm thì lại rất lớn do khoảng cách truyền của thông tin rất dài (khoảng cách 37000 km). Tạp âm cũng được góp nhặt bởi anten từ môi trường truyền sóng, suy hao do mưa. Tín hiệu thu về xem như bị chỡm trong tạp âm. Vì thế nghiên cứu tạp âm là một vấn đề rất quan trọng không thể thiếu trong thông tin vệ tinh. - Các nguồn tạp âm trong thông tin vệ tinh Tạp âm vũ trụ: Tạp âm vũ trụ hình thành do nhiễu bức xạ cao tần từ các dải ngân hà, phát xạ của mặt trăng, tác động mạnh ở dải tần dưới 10 GHz. Tạp âm khí quyển: Ô xy, ni tơ, hơi nước, sương mù, có trong khí quyển hấp thụ năng lượng sóng điện từ có tần số xấp xỉ bằng tần số dao động của các phần tử khí nói trên khi sóng điện từ truyền qua nó, chính sự hấp thụ này làm cho sóng điện từ bị suy yếu đi và tạp âm cũng sinh ra từ đó. Trong thông tin vệ tinh dải tần từ 1 đến 10 GHz khi góc ngẩng của anten dưới 5o thì mức suy hao do ảnh hưởng tầng đối lưu sẽ nhỏ hơn 11 1,5 dB. Suy hao do mây mù vào khoảng 1 dB trong dải tần 4-6 GHz (băng C) và suy hao khoảng 3 dB trong dải tần 7 GHz và nhỏ hơn 6 dB ở dải tần 10 GHz. Tạp âm do mưa: Sóng điện từ không những bị suy hao do mưa mà còn cộng thêm tạp âm sinh ra do các bức xạ siêu cao của mưa, thêm vào đó nhiệt độ nước mưa cũng là nguồn tạp âm nhiệt. Có thể nói trong các nguồn tạp âm trong thông tin vệ tinh thì tạp âm do mưa sinh ra cần phải lưu ý nhất. Do đó trong tính toán tuyến truyền thông tin vệ tinh, để đảm bảo chất lượng thông tin người ta phải có tính toán đến sự dự trữ cho mưa và đây cũng là một bài toán rất phức tạp. Tạp âm trái đất: Mặt đất phản xạ sóng điện từ đối với các búp sóng phụ của anten trạm mặt đất, các búp sóng phụ này gây ra tạp âm ảnh hưởng trực tiếp từ mặt đất và tạp âm khí quyển từ phản xạ từ mặt đất. Nhiệt tạp âm do ảnh hưởng của trái đất trong khoảng từ 3-25˚K. Tạp âm nhiệt: Tạp âm sinh ra do hoạt động ngẫu nhiên của các điện tử tự do của các vật dẫn điện, khi chuyển động các điện tử này va chạm với các nguyên tử và sinh ra tạp âm nhiệt, mặc dù khi các vật dẫn hở mạch, các điện tử chuyển động hỗn loạn vẫn sinh ra tạp âm nhiệt. 1.4. Đa truy nhập trong thông tin vệ tinh: Trong một hệ thống thông tin vệ tinh, các trạm mặt đất liên lạc với nhau thông qua vệ tinh. Vì vậy trong thông tin vệ tinh việc sử dụng các phương thức truy nhập tới và từ vệ tinh được nghiên cứu một cách hết sức kỹ để có thể chọn lựa sử dụng phương pháp có hiệu quả nhất. Băng tần của một vệ tinh thông thường được chia thành những băng tần nhỏ, được khuếch đại một cách riêng rẽ dùng trong mỗi bộ phát đáp. Việc truy nhập cho mỗi bộ phát đáp có thể được giới hạn với một trạm mặt đất tại một điểm, hoặc cũng có thể thực hiện đồng thời nhiều sóng mang một lúc. Trong một vệ tinh thì có thể bao gồm cả hai phương pháp truy nhập nói trên. 12 Một số bộ phát đáp chỉ làm việc với một sóng mang đơn, trong khi đó cũng có những bộ phát đáp làm việc với nhiều sóng mang đơn và còn có những bộ phát đáp lại xử lý một luồng thông tin nhiều sóng mang. Đó chính là các phương pháp truy nhập tới các bộ phát đáp của vệ tinh. Phần này giới thiệu các chọn lựa sẵn và các phương pháp truy nhập tới và từ vệ tinh. Hiện nay hệ thống thông tin vệ tinh áp dụng phổ biến các phương thức đa truy nhập khác nhau sử dụng tần số, thời gian, không gian hay sử dụng phương pháp xử lý mã như phương pháp: FDMA, TDMA, CDMA, OMA, RMA, DAMA… Truy nhập có thể được hiểu là nhiều người sử dụng chia nhau sử dụng cùng một tài nguyên chung. Trong lĩnh vực thông tin vệ tinh thì những người sử dụng ở đây là những trạm mặt đất có cùng kiểu dịch vô và khi các tuyến ISL (InterSatellite Link) trở nên thông dụng thì khỏi niệm về người sử dụng cũng được mở rộng ra, bao gồm các vệ tinh khác nhau và các dịch vụ khác trong tương lai. Dưới đây trình bày một cách tổng quát một số kỹ thuật đa truy nhập thường được sử dụng nhất đó là kỹ thuật FDMA và kỹ thuật TDMA. 1.4.1. Đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA): FDMA là một phương thức đa truy nhập dùng trong thông tin vệ tinh, được sử dụng khi có nhiều trạm mặt đất cùng làm việc trong một hệ thống thông tin vệ tinh, dựa vào nguyên tắc phân chia theo tần số. Đó là trong hệ thống thông tin vệ tinh dùng FDMA thì mỗi trạm mặt đất khi phát tín hiệu sẽ làm việc với một phần bộ phát đáp đó được dành trước cho nó. Mỗi trạm mặt đất thu gom toàn bộ lưu lượng thông tin của tram đó lên một sóng mang đơn bằng cách ghép băng tần cơ bản FDM hoặc TDM mà không cần biết địa chỉ của các thông tin đó. Sóng mang FM này mang các tín hiệu có địa chỉ khác nhau được khuếch đại lên nhờ khuếch đại công suất của trạm mặt đất và đưa tới anten phát lên vệ tinh. Anten thu của vệ tinh thu những sóng mang này đồng thời với các sóng mang khác mà các sóng mang này phân biệt với nhau nhờ tần số của chúng. Toàn bộ băng tần thu được sẽ được đưa qua các bộ lọc rồi sau đó được 13 khuếch đại bằng các bộ lọc rồi sau đó được khuếch đại bằng các bộ khuếch đại sau các bộ lọc tương ứng. Một kiểu FDMA thường được sử dụng là SCPC (mỗi kênh đơn trên một sóng mang – Single Channel Per Carrier). Trong phương thức này thì một tín hiệu hoặc là thoại hoặc là dữ liệu được điều tần hoặc điều pha PSK được phát đi và truy nhập tới vệ tinh theo phương thức FDMA. Kiểu đa truy nhập phân chia theo tần số PCM/PSK/FDMA dựa theo nguyên tắc các kênh thoại được đưa đến trạm mặt đất dưới dạng các luồng PCM, sau khi thực hiện biến đổi A/D các luồng số có tốc độ 16 - 64 Kbps được sử dụng trên một chiều truyền dẫn của kênh thoại. Sau đó chúng được ghép kênh và điều chế sóng mang theo kiểu PSK rồi phát đi, vệ tinh tiếp nhận chúng trên cơ sở FDMA. Nếu lưu lượng truyền dẫn ở một trạm đó ở mức tới hạn sử dụng để tăng dung lượng kênh thoại mà không cần phải tăng sóng mang trên vệ tinh. Khi hệ thống hoạt động trong chế độ thoại sử dụng phương thức SCPC, thời gian trung bình mà mỗi kênh được sử dụng trong chế độ đàm thoại chỉ chiếm 40% Trạm A Trạm B Trạm C Trạm D Trạm E Trạm F A B C D E F liên tục Hình 1.2: Đa truy nhập phân chia theo tần số 14 toàn bộ thời gian hoạt động của kênh cho cuộc liên lạc đó. Chế độ thoại không làm giảm độ rộng trung bình của băng tần sử dụng bộ phát đáp trên vệ tinh, nhưng tại bất kỳ thời điểm nào cũng chỉ hoạt động với 40% dung lượng của sóng mang thoại vì vậy yêu cầu về công suất không đáng kể và mức do điều chế tương hỗ giảm đi. 1.4.2. Đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA): - Các đặc tính của TDMA TDMA là một phương thức truy nhập trong thông tin vệ tinh dựa vào sự phân chia thời gian sử dụng các bộ phát đáp trong vệ tinh giữa các trạm mặt đất, các trạm mặt đất này có thể sử dụng trung một tần số sóng mang. Phương thức này cũng hoàn toàn thích hợp cho các mạng viễn thông số ở dạng gói, hệ thống thông tin cáp quang, truyền hình số và các hoạt động của mạng máy tính dùng chung một cơ sở dữ liệu. Các phương pháp TDMA là SCPT/TDMA (Single Carrier Per Transponder - Một số sóng mang trên một phát đáp) và MCPC/TDMA (Multiple CPT – nhiều sóng mang trên một bộ phát đáp). Tất nhiên trong phương pháp thứ hai sẽ có những yếu tố làm suy giảm chất lượng hệ thống so với phương pháp thứ nhất. Phương pháp đa truy nhập TDMA như đó nói ở trên, dựa trên việc phân chia thời gian sử dụng bộ phát đáp thành các khoảng thời gian nhỏ, giữa các khoảng thời gian này có các khoảng thời gian trống gọi là khoảng bảo vệ. Điều này hoàn toàn tương tự như trong kỹ thuật FDMA chia toàn bộ băng tần thành các băng tần con và giữa chúng cũng có các khoảng gión băng. Khác với kỹ thuật FDMA, trong kỹ thuật TDMA, mỗi bộ phát đáp chỉ làm việc với sóng mang tại một thời điểm dựa trên cơ sở việc truy nhập được thực hiện đối với nhiều người sử dụng. Trong kỹ thuật này, trạm mặt đất được thiết kế sử dụng một khe thời gian dành riêng cho nó để phát lưu lượng thông tin của mình dưới dạng các bit số nằm trong một luồng bit số gọi là burst tín hiệu ( hình 1.3) Thời gian bắt đầu phát của burst tín hiệu được thiết lập khi trạm điều khiển trung tâm thu được burst tín hiệu đồng bộ. Khoảng thời gian mà mỗi trạm truy nhập 15 với bộ phát đáp vệ tinh được phân chia bởi trạm điều khiển sao cho phù hợp với nhu cầu về dung lượng trạm (trạm nào có dung lượng lớn sẽ được chia khoảng thời gian dài hơn) và thay đổi nhanh chúng cho phù hợp với nhu cầu đột xuất về dung lượng từng trạm. Bất kỳ trạm nào cũng có thể truy nhập tới toàn bộ các trạm khác trong hệ thống để nối thông liên lạc giữa chúng. Đối với kỹ thuật FDMA, sự thay đổi độ rộng băng tần đó ấn định cho mỗi trạm là rất tốn kém so với kỹ thuật TDMA. Sau khi một trạm đó gửi xong burst thông tin của mình thì sẽ có một khoảng thời gian trống tạo ra trước khi trạm tiếp theo gửi burst thông tin của mình. Khoảng thời gian trống được thiết lập dựa trên khả năng nhận biết trước các thay đổi về trễ trong thiết bị, khả năng thu đồng bộ và sự biến đổi trong dải công tác ra nhằm ngăn ngừa sự giao thoa giữa các burst tín hiệu cho việc truyền dẫn đồng bộ. A B C D E F time Trạm A Trạm B Trạm C Trạm D Trạm E Trạm F Hình 1.3: Đa truy nhập phân chia theo thời gian. 16 TDMA có một nột nổi bật nhất là cho phép nhiều trạm mặt đất truy nhập tới bộ phát đáp vệ tinh hơn kỹ thuật FDMA rất nhiều do việc sử dụng chung một sóng mang của các trạm mặt đất nên tránh được nhiễu do điều biến tương hỗ trên các bộ phát đáp của vệ tinh. Dung lượng bit của TDMA dường như độc lập với số lượng trạm truy nhập, nhưng các thông tin cần thiết cho việc thiết lập đường liên lạc với rất nhiều khoảng thời gian trống giữa các burst tín hiệu khi có quá nhiều trạm đó làm giảm khả năng các thông tin cần thiết. Một ưu điểm nữa của kỹ thuật TDMA là tại mỗi thời điểm chỉ có một sóng mang được tạo ra tại trạm mặt đất hoặc tại các bộ phát đáp của vệ tinh nên các bộ khuếch đại công suất có thể làm việc ở các trạng thái bão hoà mà không sợ điều chế tương hỗ. Bộ khuếch đại của vệ tinh có khả năng khống chế công suất ra trong những trường hợp đặc biệt khi hoạt động ở chế độ SCPT. Khi trên vệ tinh dùng đèn khuếch đại sóng chạy TWT trong trường hợp có Fading tuyến lên và có sự thay đổi công suất giữa các burst tín hiệu thì không cần phải điều chỉnh công suất ra của TWT vì nó làm việc ở chế độ quá tải không đáng kể sẽ làm giảm biến thiên của đường kết nối lên nhưng đối với đường kết nối xuống. Trong kỹ thuật FDMA máy phát ở các trạm mặt đất làm việc liên tục, phát liên tục các sóng mang lên vệ tinh, trong khi đó đối với kỹ thuật TDMA thì máy phát ở các trạm mặt đất chỉ làm việc khi xung yêu cầu được phát ra và chế độ làm việc là một sóng mang trên một bộ phát đáp. Chu kỳ làm việc của máy phát trạm mặt đất là thấp, còn đối với vệ tinh, chu kỳ này biến thiên theo sự thay đổi tải của bộ phát đáp, chu kỳ ngắn khi lưu lượng thông tin thấp, còn chu kỳ hoạt động gần như liên tục nếu như bộ phát đáp đầy tải. Về vấn đề này cần phải nghiên cứu chế độ làm việc cho máy phát theo chế độ hàng ngày hoặc theo định kỳ. Trong một vài hệ thống TDMA thì một trạm sẽ lấp đầy các khe thời gian không sử dụng bằng các bit giả ngẫu nhiên để giữ cho phổ giống như một dạng tạp âm và giảm được nhiễu lên hệ thống thông tin khác nhau. Vì vậy sóng TDMA được phát lên vệ tinh 24/24h một ngày. Trong chế độ làm việc SCPT thì máy phát trên vệ tinh lúc đó làm việc ở chế độ bão hoà, lúc này công suất đỉnh hay công suất cực đại 17 của trạm mặt đất được đòi hỏi nhiều hơn. Chu kỳ hoạt động của bộ khuếch đại trên vệ tinh như đó nói ở trên, lối ra công suất được đóng mở một cách ngẫu nhiên cần được giải quyết khi thiết kế các bộ khuếch đại trên vệ tinh vì nó có ảnh hưởng lớn đến việc cấp nguồn trên vệ tinh. Kỹ thuật TDMA rất hạn chế về độ rộng băng tần của kênh thông tin, đặc tuyến tần số của kênh không tuyến tính trong khi đó phải đảm bảo cho các kênh PSK hoặc FSK tốc độ cao mà không được phép chồng lấn phổ lên các bộ phát đáp lân cận. Nói chung giá thành các thiết bị rất cao. Một hệ thống TDMA thường sử dụng toàn bộ bộ phát đáp theo kiểu một sóng mang trên một bộ phát đáp nhưng nó vẫn có khả năng dùng chung một bộ phát đáp với các hệ thống khác như FDMA, CDMA hay một hệ thống TDMA độc lập khác. Khi làm việc theo phương pháp nhiều sóng mang trên một bộ phát đáp thì phải giảm mức giữa kí tự mang thông tin và nhiễu giữa các bộ phát đáp kề nhau do trải phổ. Việc thay đổi công suất trong hệ thống TDMA bằng các xung sẽ ảnh hưởng tới các tín hiệu tương tự trong hệ thống FDMA dùng chung bộ phát đáp. Khi thay đổi công suất đường lên sẽ ảnh hưởng tới đường xuống. - Một số đặc điểm cơ bản của TDMA Công suất bộ phát đáp: Có thể làm việc ở trạng thái bão hoà, sử dụng hiệu quả độ rộng băng tần, tăng tốc độ truyền tin bằng điều chế tốc độ cao. Bộ khuếch đại có khả năng hạn chế và loại bỏ Fading tuyến lên, điều khiển công suất đường lên không phức tạp. 1.4.3. Kỹ thuật CDMA: Phương pháp này sử dụng một phổ tần số của bộ phát đáp, thông thường bằng cách trải tín hiệu ra một dải rộng tần số mà về thực chất là rộng hơn băng tần cần thiết cho nội dung thông tin. Sở dĩ có thể dùng chung một phổ tần số là vì mỗi một trạm phát sử dụng một mã giả ngẫu nhiên riêng để thực hiện việc trải phổ tín hiệu truyền đi của trạm. Mỗi trạm thu trong mạng lại có một mã nhiễu giả ngẫu 18 nhiên tương ứng để thực hiện ngược lại với việc trải phổ là nén phổ nhằm thu lại tín hiệu. Các mạng khác nhau có thể hoạt động đồng thời trong cùng phổ nếu sử dụng một mã khác không gây ảnh hưởng cho việc trải phổ hay nén phổ của mạng bên cạnh. Ví dụ 6 mạng dùng chung 5 MHz trong dải phổ tần số. Một hệ thống CDMA khác sử dụng một sự kết hợp kiểu cố định hay thay đổi giữa thời gian và băng tần trong truyền dẫn. Các hệ thống CDMA khác nhau chủ yếu dựa vào độ bí mật của thông tin, mức độ chịu đựng sự ảnh hưởng của các hệ thống khác, độ phức tạp…nhưng chủ yếu vẫn là tính kinh tế và số trạm mặt đất trong mạng. 1.4.4 Kỹ thuật DAMA: Hệ thống sử dụng phương thức đa truy nhập DAMA có độ linh hoạt và mềm dẻo cao, sử dụng bộ phát đáp trên vệ tinh một cách có hiệu quả đặc biệt phù hợp với các vùng có nhu cầu thấp. Hệ thống truyền thoại bằng việc phân định kênh cho mỗi cuộc gọi khi có yêu cầu, tức là kênh thông tin được thiết lập giữa hai trạm mặt đất trong thời gian thông tin với nhau. Hệ thống có khả năng kết nối nội bộ với cấu hình có dạng hoàn toàn lưới. Một số thuê bao trong một vùng dịch vụ của trạm mặt đất nào đó qua các kênh vệ tinh để thiết lập đường thông với các vùng dịch vụ của các trạm khác. Tất cả các thuê bao đều có thể thực hiện được các cuộc gọi trong nước và quốc tế bằng cấu hình mạng lưới hoàn chỉnh. Khi bắt đầu mỗi cuộc gọi thì trạm trung tâm chọn kênh vệ tinh và phân định các bộ Modem ở cả hai trung tâm đường trục có thuê bao gọi đi và thuê bao gọi đến để thực hiện thiết lập cuộc gọi tại các vị trí xa, mỗi đường trục được nối với Modem hoạt động theo phương thức SCPC và các Modem được điều hướng tới các tần số sóng mang được phân định bằng các lệnh điều khiển từ bộ điều khiển phân định theo nhu cầu từ xa. Trung tâm điều khiển mạng DAMA được xem như quan trọng nhất, ở trung tâm này có máy điều khiển chính cũng được nối với các Modem thu phát thoại để thu tín hiệu báo hiệu. Trung tâm điều khiển DAMA có chức năng chính là phân 19 định các kênh vệ tinh cho các cuộc gọi mới. Nó cũng có thể thay đổi cấu hình hệ thống, giám sát chất lượng khai thác tổng thể hệ thống thông qua người khai thác. Tóm lại kỹ thuật DAMA có nhiều ứng dụng trên mạng viễn thông và ngày nay kỹ thuật này ngày nay càng được sử dụng rộng rãi. Tuy nhiên, do trễ truyền dẫn không dưới 810 ms nên không kinh tế thì dùng DAMA cho dịch vụ truyền số liệu, mà chỉ nên sử dụng DAMA cho liên lạc thoại. Chẳng hạn, khi muốn truyền một bản tin số liệu 8 kbps trên thiết bị đầu cuối 2048 kbps chỉ hết 3,9 ms liên lạc, nhưng do trễ truyền dẫn nên phải không dưới 810 ms thì mới thiết lập được cuộc gọi, như vậy phải tốn một thời gian khá dài để thực hiện một cuộc gọi lại quá ngắn. 1.5. Cấu trúc trạm mặt đất: Hệ thống thiết bị trong trạm mặt đất được biểu diễn trên hình vẽ bao gồm: Anten và 1 hệ thống điều khiển anten tương thích. Thiết bị phát và thiết bị thu siêu cao. Các bộ đổi tần tuyến lên và tuyến xuống. Hệ thống xử lý tín hiệu Thiết bị bám LNA Bộ đổi tần xuống Bộ khuếch đại IF Bộ dải điều chế Bộ điều chế Thiết bị đa truy nhập Bộ khuếch đại IF Bộ đổi tần lên HPA Bộ dao động Bộ dao động Hệ thống fiđơ Thiết bị đa truy nhập, điều chế, giải điều chế Thiết bị anten bám Máy thu tập âm thấp Hình 1.4: Cấu hình của một trạm mặt đất. Máy phát công suất cao 20 Tín hiệu ở băng tần cơ bản từ mạng viễn thông trong nước được đưa tới từ trạm mặt đất thông qua giao tiếp giữa mạng trong nước và trạm mặt đất, tại đó tín hiệu càn được ghép kênh rồi được đưa tới thiết bị xử lý dưới trạm mặt đất và được điều chế thành sóng trung tần IF, sau đó được đổi lên cao tần RF nhờ bộ đổi tần lên. Các sóng RF qua bộ cộng rồi được khuếch đại công suất, đưa ra anten phát lên vệ tinh. Theo chiều ngược lại, tín hiệu từ anten thu qua bộ LNA, bộ chia, qua các bộ đổi tần xuống, đầu ra các bộ đảo tần xuống ta có các sóng trung tần được đưa tới các bộ giải điều chế để khắc phục lại tín hiệu ở băng tần cơ bản, qua thiết bị xử lý tín hiệu rồi đưa tới thiết bị giao tiếp với mạng trong nước. Hệ thống bám có nhiệm vụ giữ cho anten hướng thẳng tới vệ tinh cho dự có sự dao động tương đối giữa vệ tinh và anten trạm mặt đất hay trong trường hợp vệ tinh không được đặt đúng quỹ đạo của nó do các ảnh hưởng bên ngoài tác động vào. Việc thực hiện yêu cầu bám phải phù hợp với các đặc điểm của búp sóng anten và quỹ đạo của vệ tinh. Đối với trường hợp anten nhỏ, hệ thống bám có thể được giới hạn cho phép làm giảm giá thành, kích thước và độ phức tạp của trạm (phần này được nói rõ hơn trong phần anten trạm mặt đất). 1.5.1. Anten trạm mặt đất: - Vị trí của An ten trong trạm mặt đất Việc truyền sóng điện từ trong không gian thường có thể thực hiện theo hai cách: Cách thứ nhất là dùng các hệ truyền dẫn, nghĩa là các hệ dẫn sóng điện từ như đường dây song hành, đường truyền đồng trục, ống dẫn sóng kim loại hoặc điện môi... sóng điện từ truyền lan trong các hệ thống này thuộc loại sóng điện từ ràng buộc. Cách thứ hai là sử dụng bức xạ ra không gian, trong trường hợp này sóng điện từ thuộc loại sóng tự do. Thiết bị dùng để bức xạ sóng điện từ hoặc dùng để thu nhận sóng từ không gian bên ngoài được gọi là anten. Anten 21 phát có nhiệm vụ biến đổi từ sóng điện ràng buộc thành sóng điện từ không gian tự do và anten thu thì biến đổi ngược lại. Trong trạm mặt đất thông tinh thì anten là thiết quan trọng nhất, nó chiếm tới 50% giá thành hoặc có thể hơn, bản thân nó quyết định cấu hình, hoạt động khai thác và chỉ tiêu của trạm mặt đất. Các anten thường thực hiện đồng thời cả hai chức năng thu và phát nhờ có bộ lọc thu/phát siêu cao. Sau đây ta xét một số chỉ tiêu cơ bản của anten ảnh hưởng đến chất lượng của nó. - Các thông số đặc điểm của anten. Hệ số tăng ích. Hệ số tăng ích của một anten là tỉ số giữa công suất bức xạ hay thu trong mỗi đơn vị góc khối giưó anten và một anten chuẩn (thông thường là anten bức xạđẳng hướng) ở cùng hướng và cùng khoảng cách khảo sát, với giả thiết công suất đặt vào hai anten là như nhau. Hệ số tăng ích của anten thường được kí hiệu là G và nó được tính theo công thức: G = (4/2)Aeff Trong đó:  = c/f , (c = 3.108m/s là vận tốc ánh sáng, f là tần số làm việc của anten). Aeff là diện tích mặt phản xạ sóng điện từ tương đương của anten. Với anten parabol đường kính D thì A = D2/4, và Aeff = A, trong đó  là hiệu suất anten. Từ các kết quả trên ta có: G = (D/2) = (Df/c)2 Tính theo dB: G = 10lg[(Df/c)2] [dB] Hiệu suất anten Hiệu suất anten là một chỉ tiêu quan trọng nhất của anten và nó quyết định phẩm chất của trạm mặt đất. Muốn đạt tỷ số G/T cao nhất trong giải tần thì thu phải có anten hiệu suất cao và để đạt được tổn hao bộ khuếch đại công suất tới mức nhỏ nhất và để giảm các thành phần nhiễu điều chế trong băng tần phát cũng phải có 22 anten hiệu suất cao. Hiệu suất của anten được xác định bằng tỷ số của công suất bức xạ trên công suất đặt vào anten. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất anten được liệt kờ như sau: Tổn hao mặt phản xạ chính pxc do mất mát công suất ra mộp ngoài mặt phản xạ chính, vì thế hiệu suất anten giảm. Tổn hao mặt phản xạ phụ gây ra do phần bức xạ sơ cấp từ feedhorn bị mất mát một phần công suất ra mộp ngoài mặt phản xạ phụ tạo ra sự suy giảm về hiệu suất. Hiệu suất che chắn gây ra bởi mặt phản xạ phụ và các thanh đỡ mặt phản xạ phụ, ký hiệu của suất che chắn là cc Suy hao gây ra do sự không bằng phẳng của bề mặt phản xạ, suy hao này tạo lên hiệu suất bề mặt bm Với các trạm mặt đất theo tiêu chuẩn A của Intelsat thì giá trị hiệu suất lấy trong khoảng 50% đến 75%. Độ rộng búp sóng: Trong thông tin vệ tinh đòi hỏi anten phải có đặc tính định hướng cao nghĩa là năng lượng khi anten phát đi có độ tập trung ở búp sóng chính và tương tự như vậy đối với tín hiệu thu về, độ rộng búp hướng anten cũng thể hiện điều đó. Để so sánh tính định hướng giữa các anten người ta đưa ra khỏi niệm độ rộng của đồ thị phương hướng. Theo định nghĩa, độ rộng của đồ thị phương hướng là góc giữa hai hướng, mà theo hai hướng đó cường độ trường hoặc công suất bức xạ giảm đi đến một giá trị nhất định. Thường độ rộng của đồ thị phương hướng được xác định ở hai mức: bức xạ không và bức xạ nửa công suất. Trong đó độ rộng của đồ thị phương hướng theo mức nửa công suất là góc giữa hai hướng mà theo đó công suất bức xạ giảm đi một nửa so với hướng cực đại. Góc này thường được kí hiệu là BW3dB được tính tại điểm -3 dB (tại điểm này hệ thống tăng ích của anten giảm xuống còn một nửa so với giá trị cực đại). BW3dB = 70 fDD 1.21   (độ) 23 Trong đó: f: tần số làm việc tính bằng GHz D: đường kính anten tính bằng một Ta lại có: G =  2 2             c DfD   suy ra: G = 2 3 2 70               dBc f   Như vậy hệ số tăng ích G không những phụ thuộc vào hiệu suất của anten mà nó còn phụ thuộc vào góc nửa công suất 3dB (hình H.2.2). Nói cách khác, hệ số tăng ích của anten còn phụ thuộc vào tính định hướng anten. Khi độ rộng búp sóng càng nhỏ (tính định hướng càng cao) thì hệ số tăng ích anten theo hướng búp sóng chính càng lớn, và ngược lại độ rộng búp sóng càng lớn thì hệ số tăng ích anten càng nhỏ. - Anten CASSEGRAIN Hiện nay hầu hết các trạm mặt đất tiêu chuẩn A đều dùng loại anten Cassegrain. Anten Cassegrain thuộc loại anten gương kộp và có cấu tạo như hình vẽ dưới đây: O2 D O1 D F Hình 1.5: Anten Cassegrain 24 Hệ thống bức xạ của anten bao gồm: Một mặt phản xạ chính có cấu tạo Parabol, mặt phản xạ phụ có cấu tạo Hypecbol và một Feedhorn như hình vẽ trong đó 01 là tiêu điểm của mặt phản xạ chính và 02 là tâm pha tương đương của Feedhorn. Feedhorn được nối với bộ khuếch đại tạp âm thấp LNA bằng đường ống dẫn sóng rất ngắn nhưng giảm được tạp âm phiđơ. Hơn nữa hiện tượng spillover (hiện tượng tổn thất sóng ở gương phản xạ) đối với Cassegrain xảy ra tại rìa gương phụ theo hướng truyền của sóng làm giảm biên độ búp sóng phụ nên giảm được phần nào tạp âm anten do búp sóng phụ gây nên. Giá trị góc mở của anten 2 thông thường người ta chọn từ 1400 đến 1800 trên cơ sở đặc tính bức xạ và kết cấu cơ khí anten. Giá trị F/D liên quan chặt chẽ đến chỉ tiêu chất lượng anten như tải trọng gió chịu đựng và nhiờtj độ tạp âm. Giá trị Ds/D thường được chọn bằng khoảng 1/10, có cân nhắc đến ảnh hưởng che chắn của mặt phản xạ phụ và khả năng tạo chùm tia của nó. Anten cassegrain có ưu điểm so với anten parabol là kích thước theo hướng trục của nó nhỏ hơn đồng thời do bộ chiếu (feedhorn) đặt gần đỉnh gương nên kết cấu sẽ đơn giản và tiện lợi hơn. Nhược điểm duy nhất của loại anten này là gương phụ sẽ chắn mất một phần không gian trước gương chính gây ra một miền nối, làm ảnh hưởng tới hiệu suất anten. Góc quay và độ chính xác cơ khí của anten: Anten trạm mặt đất phải có khả năng quay được tối thiểu 100 cho cả góc phương vị và góc ngẩng xung quanh chiều hướng tới vệ tinh địa tĩnh mới đáp ứng được tiêu chuẩn một trạm mặt đất làm việc trên mạng thông tin vệ tinh Intelsat. Trên phương diện bảo quản, bảo dưỡng và đo thử người ta cần loại anten quay được càng rộng càng tốt, ngày nay các anten có thể quay được tới 3600 (quan sát được toàn bộ bầu trời) với các cơ cấu cơ khí gọn nhẹ nhưng chắc chắn. Ngoài ra để đạt được tính định hướng cao, các mặt phải có độ chính xác bề mặt cao đồng thời anten phải có độ chắc chắn cơ học để chống các tác động từ bên ngoài như gió bão, động đất hay các tác động khác. 25 - Hệ thống bám vệ tinh trong anten trạm mặt đất: Về mặt lý thuyết, vệ tinh địa tĩnh được xem như đứng yên so với trái đất. Nhưng thực tế do các tác động của sức hút trái đất, mặt trăng, mặt trời làm cho vệ tinh không ở đúng vị trí quỹ đạo và độ nghiêng của nó trên quĩ đạo cũng thay đổi. Vì vậy, để bảo đảm cho anten trạm mặt đất luôn luôn hướng đúng vệ tinh người ta phải trang bị các thiết bị bám vệ tinh để điều khiển anten luôn hướng đúng vệ tinh. Các phương pháp bám vệ tinh thường được sử dụng trong kỹ thuật thông tin vệ tinh ngày nay bao gồm: - Bám vệ tinh kiểu xung đơn Kiểu bám vệ tinh này được ứng dụng rộng rãi trong các trạm mặt đất thuộc loại tiêu chuẩn A. Việc bám vệ tinh được thực hiện dựa trên cơ sở quan sát các mode sóng đang làm việc. Nếu phát hiện và tách được các mode sóng làm việc thì sẽ xác định được mức độ hướng dúng vệ tinh của anten trạm mặt đất. Cần có một số các Feedhorn phụ đặt gần xung quanh feedhorn chính để hệ thống có khả năng giám sát được các mode sóng đang làm việc, do vậy sẽ điều khiển được anten hướng đúng vệ tinh. Thực hiện việc điều khiển bám vệ tinh phải có các thiết bị phân tích và xử lý mode sóng. Kiểu điều khiển bám vệ tinh này có ưu điểm là chính xác nhưng nhược điểm là hệ thống bám liên tục làm việc. Như vậy vừa tốn năng lượng vừa chóng mài mòn các kết cấu cơ khí của anten. - Bám vệ tinh kiểu từng bước Kiểu bám này dựa trên cơ sở giám sát một tín hiệu phát từ vệ tinh xuống gọi là tín hiệu dẫn đường (beacon) và được thiết lập theo một chu kỳ thời gian định trước. Hệ thống này được thực hiện bởi mạch bám từng nấc dựa trên mức điện áp một chiều của tín hiệu beacon thu được. Căn cứ vào mức điện áp đó mà xác định hướng để dịch chuyển anten và tạo tín hiệu triger để khởi động hệ thống điều khiển các góc phương vị và góc ngẩng của anten. 26 Hiện nay trên mạng vệ tinh dùng các tần số dẫn đường 3947,5MHz; 3948MHz; 3952MHz; 3953MHz. Trong đó các tần số 3947,5MHz thường được sử dụng. Các tín hiệu khác, thường dùng khi phóng vệ tinh hay trong khi đưa vệ tinh vào đúng vị trí quỹ đạo. Hệ thống bám vệ tinh sẽ giám sát tín hiệu dẫn đường của vệ tinh mà trạm sử dụng tại những khoảng thời gian nhất định. Hệ thống sẽ lấy mẫu tại một số thời điểm trong cửa sổ. Mức điện của các mẫu sẽ được dem so sánh để xác định xem vệ tinh có ở trung tâm cửa sổ hay không. Bộ điều khiển sẽ ra lệnh cho anten quay về hướng có mức beacon lớn nhất. Trong trường hợp tín hiệu beacon bất ngờ bị tụt xuống dưới mức đã định thì hệ thống bám được khởi động ngay lập tức. Kiểu bám từng bước không phải liên tục được điều khiển như kiểu bám xung đơn do đó không tốn năng lượng và làm mòn kết cấu cơ khí. Nhược điểm của phương pháp này là không chính xác như phương pháp bám theo kiểu xung đơn vì mức đỉnh của tín hiệu luôn chỉ ở mức gần đạt tới, mức tín hiệu thu luôn luôn được duy trì trong một khoảng cho phép. Tuy vậy phương pháp này vẫn được dùng phổ biến nhất trong các trạm mặt đất do có những ưu điểm về kinh tế trong khi đó nhược điểm về độ chính xác vẫn chấp nhận được trong yêu cầu của hệ thống bám vệ tinh. - Bám vệ tinh theo chương trình Phương pháp này dựa trên số liệu thiên văn của các vị trí quỹ đạo vệ tinh được đoán trước do Intelsat cung cấp cho các trạm mặt đất. Các số liệu thích hợp này thường được cung cấp trước một khoảng thời gian nhất định và sẽ được sử lý, đưa ra các tín hiệu thích hợp để điều khiển anten bám vệ tinh. Bám vệ tinh theo chương trình rất phù hợp cho các trạm nhỏ vì nó không cần thu các tín hiệu beacon cũng như không cần trang bị các thiết bị xử lý tín hiệu kèm theo do đó kinh tế hơn các kiểu khác. - Bám vệ tinh kiểu nhân công: Chỉ thực hiện ở các trạm mặt đất cỡ nhỏ vì anten ở đấy có búp sóng lớn nên chỉ cần điều chỉnh hàng tuần hoặc hàng tháng theo kiểu bật điện cho mô tơ chạy hoặc chỉnh bằng tay. 27 1.5.2. Bộ khuếch đại công suất: Bộ khuếch đại công suất cao tại các trạm mặt đất có nhiệm vụ khuếch đại sóng mang cao tần từ bộ cộng cung cấp ở mức công suất thấp thành tín hiệu cao tần mức công suất cao, cùng với độ tăng ích của anten nó phải đảm bảo cho công suất phát xạ đẳng hướng tương đương EIRP cho mỗi sóng mang đủ để phát xạ tới vệ tinh. Hệ số khuếch đại của HPA thường được giới hạn  40 dB. Bộ khuếch đại HPA sử dụng tại các trạm mặt dất có thể được phân chia theo công suất từ vài trăm W đến vài KW. Với trạm mặt đất có dung lượng nhỏ có thể dùng loại có công suất nhỏ hơn 50W, thậm chí trong trường hợp chỉ truyền vài kênh SCPC có thể sử dụng loại từ 1W đến 10W. Hai loại HPA thường xuyên được sử dụng nhất đó là bộ khuếch đại KLYS - TRON (KPA) và bộ khuếch đại đèn sóng chạy (TWT). Chúng có các đặc điểm khác nhau về mặt kỹ thuật cũng như về mặt công suất hay băng tần làm việc. Do đó khi lựa chọn bộ khuếch đại công suất cao người sử dụng phải cân nhắc kỹ về các sự khác nhau này sao cho phù hợp với yêu cầu truyền dẫn cụ thể. - Bộ khuếch đại KPA Các điện tử phát ra từ súng điện tử qua các thiết bị cộng hưởng gồm các hốc cộng hưởng và các ống hình trụ bằng kim loại giữa chúng. Tín hiệu cao tần đầu vào được đặt vào các hốc đầu tiên. Tín hiệu này tạo nên dùng dao động ở bên trong hốc cộng hưởng, sinh ra một điện trường biến thiên trong hốc. Điện trường này lại điều chỉnh chùm tia điện tử khi đi qua hốc. Sau khi rời khỏi hốc, chùm tia điện tử hướng tới cực góp chạy qua các ống kim loại, các hốc trung gian và hốc cuối cùng chính là hốc mà tại đó lấy ra sóng cao tần đã được khuếch đại công suất. Nếu như ta điều chỉnh để được kích cỡ phù hợp thì dùng điện dao động trong hốc lớn và kết quả là ta có được tín hiệu cao tần đầu ra mong muốn từ Catcher. Các hốc trung gian được sử dụng nhằm mục đích đạt được hệ số khuếch đại cao cũng như yêu cầu về bão hoà công suất của bộ khuếch đại. Sự hội tụ của chùm tia điện tử khi nó đi từ súng điện tử tới cực góp được thực hiện nhờ cấu trúc hội tụ bằng nam châm (đối với loại ống ngắn) hay cấu trúc hội tụ SOLENOID (đối với ống dài). 28 1.5.3. Bộ khuếch đại tạp âm thấp (LNA) Tín hiệu thu từ vệ tinh về rất thấp, thường khoảng - 150 dBW trên nền tạp âm lớn vì vậy khi khuếch đại sẽ khuếch đại luôn cả tạp âm. Do đó bộ khuếch đại tạp âm thấp có một vai trò đặc biệt quan trọng trong máy thu trạm mặt đất. LNA phải có nhiệt tạp âm rất thấp, nếu không nó sẽ làm nhiệt tạp âm hệ thống tăng rất cao làm giảm chất lượng tín hiệu, thậm chí làm mất tín hiệu. Các yêu cầu về kỹ thuật đối với LNA: Bộ khuếch đại tạp âm thấp có ảnh hưởng quan trọng hệ số phẩm chất trạm mặt đất G/T vì nó đóng vai trò quyết định tạo nên nhiệt tạp âm hệ thống bởi nó là tầng khuếch đại đầu tiên trong tuyến thu, nếu tạp âm của nó lớn thì tạp âm hệ thống bị tăng đáng kể. Một trạm mặt đất thông tin vệ tinh đạt tiêu chuẩn A tức là phải có hệ số phẩm chất G/T  35 dB/K, để đạt được tiêu chuẩn đó thì hệ số khuếch đại anten trạm mặt đất phải đạt G= 57 dB và nhiệt tạp âm LNA phải đảm bảo TLNA< 20 dB. Để đạt được nhiệt tạp âm thấp thì ta phải làm lạnh chúng ở nhiệt độ rất thấp. Mức đầu ra tín hiệu phải nhỏ hơn mức ra bão hoà của bộ khuếch đại tối thiểu là 20 dB nhằm giảm tối đa các thành phần điều chế tương hỗ trong bộ khuếch đại LNA. Băng tần của LNA phải đảm bảo đủ rộng để bao phủ băng tần công tác của vệ tinh là 500 MHz. Bộ khuếch đại LNA phải được đặt càng gần đầu thu càng tốt để được lợi về mức tín hiệu và giảm được tạp âm fide do giảm được chiều dài ống dẫn sóng. Hiện nay các bộ khuếch đại LNA thông dụng chủ yếu là các bộ khuếch đại tham số và Transitor trường. 1.5.4. Bộ đổi tần - Nguyên lý bộ đổi tần: Trong bất cứ một bộ đổi tần nào, phần tử quan trọng nhất của nó cũng là bộ trộn tần, nó được sử dụng để tạo ra các tần số tổng hoặc hiệu của hai tần số đầu vào. Trong các bộ trộn, hai tín hiệu đầu vào cùng tồn tại đồng thời trong các thiết bị phi tuyến. Đầu ra của bộ trộn ta thu được các tần số tổng và hiệu của hai tần số đầu vào 29 nhưng nó cũng tồn tại đồng thời các thành phần tần số không mong muốn (các hài bậc cao) mà chúng sẽ gây ra nhiều vấn đề. Độ ổn định tần số của dao động nội 0 là vô cùng quan trọng bởi vì mọi sự mất ổn định của tần số này sẽ gây ra sự mất ổn định của tín hiệu đầu ra. Và mọi sự biến đổi về pha cũng như các tạp âm về pha của tín hiệu nội sẽ được chuyển thẳng tới tín hiệu ra. Điều này trở nên rất quan trọng khi chúng gây ra các lỗi về tần số cũng như về pha trong hệ thống. - Bộ đổi tần lên chuyển đổi đơn Sử dụng nguyên lý đổi tần đó miêu tả ở trên, trong trạm mặt đất bộ đổi tần lên U/C có nhiệm vụ thực hiện việc chuyển đổi tín hiệu trung tần IF thành tín hiệu cao tần tuyến lên RF (tần số đầu ra là 6 GHz đối với băng C và 14 GHz đối với băng Ku). Dưới đây ta xét một ví dụ của kỹ thuật trộn tần của bộ U/C. Tần số trung tần có giá trị f1= 70 MHz Tần số của dao động nội f2= 6250 MHz Tần số cao tần đầu ra mong muốn f3= 6322 MHz Đầu ra bộ trộn tần ta thu được tần số 6250 MHz + 70 MHz = 6320 MHz và: 6250 MHz – 70 MHz = 6180 MHz Như vậy ta thu được cả băng tần trên và băng tần dưới sau bộ trộn tần. Sau bộ trộn tần cần thiết phải có một bộ lọc thông dải chất lượng tốt để loại trừ băng tần dưới không mong muốn. Việc sử dụng một bộ lọc băng hẹp là một hạn chế của bộ đổi tần trộn đơn này. - Bộ đổi tần xuống chuyển đổi đơn Sử dụng quá trình trộn đơn trong bộ đổi tần xuống như hình vẽ H.. với tần số dao động nội f1 = 4080 MHz, sau bộ trộn ta sẽ thu được hai tần số: Tần số mong muốn: f2 = 4150 MHz Và tần số không mong muốn: f3 = 4010 MHz Do đó một bộ lọc thông dải cần được đặt sau bộ trộn để loại bỏ thành phần tần số không mong muốn 4010 MHz. Một bộ lọc có khả năng điều chỉnh cũng được 30 sử dụng để thực hiện với các dải thông khác nhau của đầu vào và có thể phải điều chỉnh lại sau một vài giờ đồng hồ. Và đó cũng là hạn chế của bộ đổi tần đơn. Để giải quyết vấn đề này, một bộ đổi tần sử dụng kỹ thuật trộn hoạt động trên toàn bộ băng tần 500 MHz không cần một bộ lọc thông dải phải điều chỉnh lại được sử dụng trong các trạm mặt đất. 31 Chương 2 NHIỄU TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH Ưu điểm lớn nhất của thông tin vệ tinh là vùng phủ sóng rộng lớn đáp ứng mọi loại hình dịch vụ và cho phép triển khai từ những nơi mà các hệ thống thông tin khác không đáp ứng được. Một điểm quan trọng khi xét đến việc thiết kế một đường truyền vô tuyến là có thể cho phép giảm chất lượng tuyến xuống bao nhiêu trong điều kiện cho phép là phù hợp, bởi vì khi thiết kế không chỉ xét đến chất lượng đường truyền mà cần thiết phải xét đến tính kinh tế. Do đó bài toán tối ưu ở đây là phải tính toán cho nhiều trường hợp, nhiều phương án để so sánh nhằm khắc phục sự giảm chất lượng đường truyền do truyền lan không gian để có đường truyền thông chất lượng cao. Ngoài ra khi thiết kế tuyến thông tin vệ tinh ta phải cân đối giữa chất lượng từng khối thiết bị và nhiễu mà nó có thể gây ra tới các tuyến khác. Chất lượng của một đường truyền thông tin vệ tinh được đánh giá bằng tỷ số công suất sóng mang trên tạp âm (C/N) và lượng méo tín hiệu thu ở tuyến, nhưng ảnh hưởng khí quyển gây ra méo tín hiệu thu là rất nhỏ nên trong tính toán thực chất chỉ cần xác định tỷ số C/N của đường truyền. 2.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng hệ thống: 2.1.1 Các tham số cơ bản đánh giá chất lượng hệ thống thông tin vệ tinh: - Tỷ số tín hiệu trên tạp âm ở đầu vào máy thu Tỷ số tín hiệu trên tạp âm liên quan tới độ lớn của tín hiệu thu trong mối quan hệ đến tạp âm tại đầu vào máy thu. Một vài thông số cụ thể là:  Tỷ số của công suất tín hiệu trên công suất tạp âm (đây được coi như bản chất vì hai độ lớn cùng loại được so sánh). Nó thường được chỉ rõ là công suất sóng mang điều chế ký hiệu là C và công suất tạp âm là N (tỷ số C/N). 32  Tỷ số của công suất tín hiệu trên mật độ phổ tạp âm, được viết C/No có thứ nguyên là (Hz). Thực tế thể hiện độ rộng băng tạp âm tương đương BN của máy thu được điều chỉnh đến độ rộng băng B chiếm bởi sóng mang điều chế.  Tỷ số của công suất tín hiệu trên nhiệt tạp âm, tỷ số này nhận được từ C/No qua nhân với hằng số Bolzman k, viết là C/T và có thứ nguyên là W/oK. Công suất của tín hiệu thu tại đầu vào máy thu được tính theo công thức: PRX=(PTXGTmax/LTLFTX)(1/LFSLA)(GRmax/LRLFRXLPOL) (W) (2.1) Do vậy: C=PRX Mật độ phổ tạp âm tại cùng điểm là N0=kT cho nên: C/N0=[(PTXGTmax/LTLFTX)(1/LFSLA)(GRmax/LRLFRXLPOL)]/[TA/LFRX+TF(1/LFRX)+TR](1/k) (Hz) (2.2) Biểu thức này có thể được giải thích như sau: C/N0=(EIRP máy phát)(1/mất mát đường truyền)(hệ số tăng ích của máy thu/nhiệt tạp âm)(1/k) C/N0 cũng có thể biểu thị như là hàm của mật độ thông lượng công suất  : )4/(/ 20 NC (hệ số tăng ích của máy thu/nhiệt tạp âm)(1/k) (Hz) Trong đó = (EIRP máy phát)/ )4( 2R (W/m2) Từ đó ta thấy có thể xác định được C/N0 không phụ thuộc vào điểm chọn ở máy thu cũng như công suất tín hiệu và mật độ phổ tạp âm được tính tại cùng một điểm. Hệ số phẩm chất của thiết bị thu được đặc trưng bởi 3 thông số chính là: (EIRP) đặc trưng cho thiết bị phát. (1/L=1/LFSLA) đặc trưng cho môi trường truyền dẫn và (hệ số tăng ích máy thu/ nhiệt tạp âm) đặc trưng phẩm chất cho thiết bị thu. Nó được gọi là hệ số phẩm chất hoặc (G/T) của thiết bị thu. - Công suất sóng mang phát  Công suất bức xạ đẳng hướng tương đương (EIRP) Công suất bức xạ trên một đơn vị góc đặc bởi một anten vô hướng tạo ra từ một nguồn vô tuyến của công suất PT được cho bởi: 4/TP (W/rad). Ở hướng có giá trị 33 tăng ích phát là GT bất kỳ bức xạ anten nào công suất trên một đơn vị góc đặc bằng: 4/TT PG (W/rad) (2.3) Giá trị PTGT được gọi là công suất bức xạ đẳng hướng tương đương (EIRP) có đơn vị là W.  Mật độ công suất. Một bề mặt có diện tích hiệu dụng A đặt ở khoảng cách R tính từ anten phát chắn bởi một góc đặc A/R2 thì tại anten thu sẽ nhận được một công suất bằng: ARAGPP TTR  )/)(4/( 2 (W) (2.4) Trong đó: 24/ RGP TT  được gọi là mật độ công suất có thứ nguyên là W/m2. - Công suất tín hiệu thu. Với một anten thu có diện tích hiệu dụng AReff đặt ở khoảng cách R tính từ anten phát sẽ nhận được một công suất bằng: ffTTffR ARGPAP Re2Re )4/(  (W) (2.5) Diện tích hiệu dụng của anten được biểu thị qua hệ số tăng ích thu GR bằng: )/4( 2Re Rff GA  Do đó công suất thu sẽ là: RTTR GRGPP )4/)(4/( 22  (2.6) RTTR GRGPP 2)4/)((  RFSTTR GLGPP )/1)(( Trong đó 2)/4( RLFS  gọi là suy hao không gian tự do và biểu thị cho tỷ số của công suất phát và công suất thu trong một tuyến thông tin giữa hai anten vô hướng. Giá trị LFS(R0) như là một hàm của tần số đối với một vệ tinh địa tĩnh và một trạm mặt đất ở dưới vệ tinh có cự ly R = R0 = 35.786 km bằng độ cao của vệ tinh. Chú ý rằng LFS trong khoảng 200 dB. Đối với bất cứ một trạm mà vị trí của nó được biểu thị bởi vĩ độ và kinh độ l và L mà có mối liên quan tới vệ tinh địa tĩnh thì giá trị của LFS(R0) đã cho cần phải điều chỉnh bởi số hạng (R/R0)2 do đó: 2 0 2 0 2 )/()/4()/4( RRRRLFS   (2.7) Trong thực tế cần phải tính đến suy hao phụ cho các trường hợp khác như: 34 Suy hao khi sóng truyền qua khí quyển. Suy hao trong thiết bị thu phát. Suy hao do mất đồng bộ giữa các anten. Suy hao do không phối hợp phân cực. 2.1.2. Một số yếu tố ảnh hưởng của môi trường truyền dẫn: Hình 2.1: Suy giảm ở các băng tần do môi trường truyền dẫn. - Ảnh hưởng của mưa Cường độ mưa được đo bằng tốc độ mưa R và được đánh giá bằng (mm/h). Để thống kê lượng rơi người ta đưa ra giá trị RP (mm/h), đó là giá trị mà trong p(%) thời gian lượng mưa vượt quá mức đó (chẳng hạn ở vùng xích đạo R0.01= 120 mm/h). Trước tiên ta xem xét hai hiệu ứng chính là suy hao và đan chéo phân cực do mưa rơi. Hiệu ứng suy giảm: Giá trị suy giảm do mưa AR tính bằng tích lượng suy giảm trên mỗi R (dB/Km) và chiều dài hiệu dụng mà sóng đi qua LE(Km): AR =RLE (dB) (dB) (2.8) Trong đó: R - Phụ thuộc vào tần số và cường độ mưa Rp (mm/h). Tần số GHz 0.1 0.2 0.5 1 2 5 2 5 10 20 50 100 Tổ n ha o hấ p th ụ (d B ) 100 0 100 50 20 10 5 2 1 0.5 0.2 Hấp thụ điện từ Góc tà 15o Góc tà 5o Đ ườ ng th ẳn g đứ ng Cửa tần số 35 AR - Là cường độ suy giảm bị vượt quá trong p% thời gian . Suy hao do mây mưa và sương mù là không đáng kể trừ khi sự tập trung hơi nước lớn. Với góc ngẩng E = 200 thì giá trị suy giảm là 0.5  1.5 dB tại 15 GHz, 2  4.5 dB tại 30 GHz . Suy giảm do mây băng thậm chí còn nhỏ hơn. Tuyết khô ít ảnh hưởng tới sự suy giảm nhưng tuyết ướt thì có thể gây ra sự suy giảm còn lớn hơn cả do mưa với cùng cường độ. Nhưng trường hợp này ít khi xảy ra vì vậy nó có ảnh hưởng ít khi tính toán thống kê. Sự suy giảm do tuyết và băng bám vào anten còn đáng kể hơn so với sự suy hao trên đường truyền. Đan chéo phân cực: Đây là hiện tượng can nhiễu giữa hai sóng phân cực vuông góc với nhau (nếu là phân cực tuyến tính) hoặc hai sóng quay ngược chiều nhau (nếu là phân cực tròn) trong hệ thống sử dụng lại tần số bằng việc phân chia phân cực. Nguyên nhân gây ra hiện tượng này là do tính không đẳng hướng của môi trường mưa, gây nên sự dịch pha cũng như suy giảm khác nhau. Để tránh mức độ ảnh hưởng ta đưa ra độ phân biệt phân cực chéo CPD (Cross Polarisation Discrimination). CPD = 20log(E11/ E12) (2.9) Trong đó: E11- cường độ điện trường phối hợp phân cực thu được E12 - cường độ điện trường nhiễu sang sóng phân cực vuông góc nào đó. Công thức sau chỉ cho mối quan hệ giữa CPD và suy hao do mưa AR: CPD =U –VlogAR (2.10) U = 30logfGhz - 40log(cosE) – 20log(sin2) V = 20 khi 8 GHz < f < 15 GHz V = 23 khi 15 GHz < f < 35 GHz Với  = góc nghiêng phân cực so với mặt phẳng ngang (= 450 đối với phân cực tròn) Thường mong muốn CPD nhỏ hơn 20dB cho 0.01% thời gian (Tuyết khô hoặc ướt cũng gây ra các hiện tượng tương tự). 36 - Các ảnh hưởng khác bao gồm  Suy hao do tồn tại các khí trong bầu khí quyển: Loại suy hao này phụ thuộc vào tần số, góc ngẩng cũng như độ cao trạm mặt đất và có thể bỏ qua với tần số 10 GHz và không vượt quá 12 dB tại 22 GHz với độ ẩm trung bình và góc ngẩng  100.  Suy hao do bão cát: Lượng suy hao này tỷ lệ nghịch với tầm nhìn và phụ thuộc mạnh vào độ ẩm các hạt bụi. Tại 14 GHz nó khoảng 0,03 dB/km khi hạt khô và 0,65 dB/km khi hạt bụi ẩm (20). Nếu đường dài 3 km thì suy hao khoảng 12 dB.  Hiệu ứng khúc xạ: Hiệu ứng này là do chiết suất của lớp ion và tầng đối lưu thay đổi. Chiết suất của tầng đối lưu giảm theo độ cao và là hàm của các điều kiện khí tượng và không phụ thuộc vào tần số. Trong khi chiết suất của tầng ion lại phụ thuộc vào tần số và lượng điện tử chứa trong nó. Cả hai đều chịu sự thay đổi cục bộ rất nhanh. Sự thay đổi chiết suất gây nên sự thay đổi góc tới, biên độ và pha của sóng truyền. Hiện tượng gây khó chịu nhất là do tầng ion và đặc biệt khi tần số thấp và trạm mặt đất gần xích đạo. Sự thay đổi biên độ tín hiệu thu được có thể đạt tới 1dB cho 0,01% thời gian tại tần số 11GHz và vĩ độ trung bình. Các hiện tượng khác chỉ đáng kể khi góc ngẩng nhỏ hơn 100 hoặc khi sóng mang được sử dụng để đo khoảng cách chính xác.  Hiệu ứng Faraday: Đây là hiện tượng quay mặt phẳng phân cực của một sóng mang phân cực tuyến tính khi truyền qua lớp ion. Góc quay tỉ lệ nghịch với bình phương tần số và là hàm của lượng điện tích tầng ion. Vì vậy nó thay đổi theo thời gian, theo mùa, theo chu kỳ mặt trời. Biên độ thay đổi khoảng vài độ tại 4 GHz.Vì sự thay đổi có tính chu kỳ nên ta có thể bù lại bằng cách quay phân cực anten theo từng thời điểm. Giả sử góc quay () thì tín hiệu sẽ suy hao một lượng là: LPOL = 20Log(cos) và sự suất hiện thành phần phân cực chéo sẽ làm 37 giảm CPD. Giá trị CPD do hiệu ứng Faraday gây ra là: CPD = - 20log(tg). Chẳng hạn với  =90 tại tần số 9 GHz thì LPOL= 0,1 dB và CPD= 16 dB.  Đan chéo phân cực do các tinh thể băng: Hiệu ứng này khác với hiệu ứng do mưa là nó chỉ gây dịch pha khác nhau chứ không gây ra suy giảm khác. Tuy nhiên đan chéo phân cực do băng gây ra nhỏ và chỉ xem xét khi mà yêu cầu CPD khoảng 25 dB hoặc lớn hơn.  Ảnh hưởng hiệu ứng đa đường: Hiệu ứng này xảy ra khi mà kích thước anten nhỏ dẫn đến độ rộng đồ thị phương hướng lớn nên nó có khả năng bắt được các tín hiệu ngoài tín hiệu thu trong tầm nhìn thẳng. Các tín hiệu này là do phản xạ từ mặt đất cũng như các chướng ngại vật khác. Trong trường hợp các tín hiệu thu được ngược pha nhau thì nó sẽ gây ra suy hao đáng kể. 2.2. Một số phương pháp tính nhiễu: 2.2.1. Phương pháp tính nhiễu giữa các hệ thống thông tin vệ tinh địa tĩnh: Đường truyền của hệ thống thông tin vệ tinh gồm đường lên và đường xuống, tín hiệu từ các hệ thống khác có thể gây nhiễu cho đầu thu trên vệ tinh (của đường lên) và đầu thu tại trạm mặt đất (của đường xuống). Việc xác định mức nhiễu dựa trên việc tính TT / theo công ước quốc tế, mức ngưỡng 6% được sử dụng có nghĩa là khi %6/  TT thì mức nhiễu đó có thể chấp nhận được mà không cần phải phối hợp giải quyết loại bỏ. - Phương pháp tính TT / : Vệ tinh thông tin cần hai tần số, một cho đường lên và một cho đường xuống, cho nên các tần số thường đi theo từng cặp nhiễu giữa các hệ thống thông tin vệ tinh xảy ra hai trường hợp: Trường hợp 1: Hai hệ thống cùng sử dụng một băng tần trong cùng một 38 hướng (lên hoặc xuống). Trường hợp 2: Hai hệ thống cùng sử dụng một băng tần theo hai hướng ngược nhau (một lên, một xuống). Một số vấn đề cần thiết liên quan đến việc tính toán nhiễu bao gồm:  Các thông số của các hệ thống  Nhiệt độ tạp âm tương đương và hệ số tăng ích đường truyền.  Các giá trị thu được của nhiệt độ tạp âm tương đương (T) và hệ số tăng ích truyền dẫn. Các thông số của các hệ thống Việc tính toán phải dựa trên các tham số đặc trưng của hệ thống. Để đơn giản và thuận lợi cho việc áp dụng, các thông số được quy ước như sau: R - mạng vệ tinh bị nhiễu S - vệ tinh của R A - đường truyền của R R' - mạng vệ tinh gây nhiễu S' - vệ tinh của R' A' - đường truyền của R' Các chỉ số: a, b, c thuộc về mạng R a', b' c' thuộc về mạng R' Các thông số: T - nhiệt độ tạp âm tương đương của đường truyền vệ tinh, tính tại đầu ra anten thu của trạm mặt đất (đơn vị tính o K). Ts - nhiệt độ tạp âm hệ thống thu của vệ tinh, tính tại đầu ra anten thu của vệ tinh (đơn vị tính o K). Te - nhiệt độ tạp âm thu của trạm mặt đất, tính tại đầu ra anten thu của trạm mặt đất (đơn vị tính o K). T - nhiệt độ tạp âm tương đương các đường truyền tăng lên do các mạng vệ tinh khác gây ra, tính tại đầu ra của anten thu trạm mặt đất (đơn vị tính o K). Ts - lượng gia tăng của nhiệt độ tạp âm thu do vệ tinh khác gây ra tính tại 39 đầu thu của anten vệ tinh (đơn vị tính o K). Te - lượng gia tăng của nhiệt độ tạp âm thu của trạm mặt đất do nhiễu gây ra tính tại đầu ra anten thu của trạm mặt đất (đơn vị tính o K). Ps - mật độ công suất tối đa trên 1Hz đưa tới anten của vệ tinh (đơn vị tính W/Hz). sG - độ tăng ích của anten phát vệ tinh.  a - hướng từ vệ tinh S tới trạm thu mặt đất eR của đường truyền A.  e - hướng từ vệ tinh S tới trạm thu mặt đất e'R của đường truyền A'. s - hướng từ vệ tinh S tới vệ tinh S ’ Pe - mật độ công suất tối đa trên 1 Hz đưa ra anten của trạm mặt đất phát (tính trên băng 4 KHz xấu nhất cho trường hợp sóng mang dưới 15 GHz hoặc trên 1 MHz cho sóng mang trên 15 GHz). g2( ) - độ tăng ích anten thu của vệ tinh S theo hướng   A - hướng từ vệ tinh S tới trạm phát mặt đất ET của đường truyền A  e - hướng từ vệ tinh S tới trạm phát mặt đất E'T của đường truyền A'  s - hướng vệ tinh S tới vệ tinh S' g1( ) - hệ số tăng ích anten phát của trạm mặt đất ET theo hướng vệ tinh S' g4( ) - hệ số tăng ích anten thu trạm mặt đất ER theo hướng tới vệ tinh S'  - góc phân cách giữa hai vệ tinh nhìn từ trạm mặt đất (có tính đến độ sai lệch quỹ đạo của hai vệ tinh) K - hằng số Bolztman Ld - tổn hao trong không gian trên đường xuống tính cho đường truyền A Ln - tổn hao trong không gian trên đường lên tính cho đường truyền A Ls - tổn hao trong không gian tính trên đường truyền giữa hai vệ tinh  - độ tăng ích phát của một đường truyền vệ tinh tính từ đầu ra anten thu của vệ tinh đến đầu ra anten thu trạm mặt đất ER. Tính nhiệt độ tạp âm tương đương và hệ số tăng ích đường truyền Đối với đường truyền cụ thể cần phải xác định: 40  Giá trị thấp nhất của nhiệt độ tạp âm tương đương của đường truyền và hệ số tăng ích truyền dẫn tương ứng.  Giá trị của hệ số tăng ích truyền dẫn và nhiệt độ tạp âm tương đương của đường truyền tương ứng trong trường hợp mà hệ số giữa độ tăng ích truyền đến và nhiệt độ tạp âm tương đương là cao nhất. Nhiệt độ tạp âm tương đương của đường truyền vệ tinh (T) và độ tăng ích truyền dẫn ( ) có thể tính theo nhiều cách. Các công thức tính như sau: Cách 1: dAe us LggP LggP    12 413 )( )(    (2.11) Trong đó: g1 và g4 - hệ số tăng ích cực đại của anten thu trạm mặt đất g3( A) - độ tăng ích của anten phát vệ tinh trên hướng  A g2( A) - độ tăng ích của anten thu vệ tinh trên hướng  A Ld - tổn hao trong không gian trên đường xuống tính cho đường truyền Lu - tổn hao trong không gian trên đường lên tính cho đường truyền Cách 2: s e U Do dAs s T T NC NC xLgW gEIRP     )/( )/( )( 4 2 2 4    (2.12) Nhiệt độ tạp âm tương đương của đường truyền được tính theo công thức: e to Do T NC NCT  )/( )/( (2.13) Trong đó: (C/No)U - tỷ số sóng mang trên tạp âm của đường truyền lên bao gồm cả tạp âm nhiệt và các tạp âm khác. (C/No)D - tỷ số sóng mang trên tạp âm của đường truyền xuống bao gồm cả tạp âm nhiệt và các tạp âm khác. (C/No)t - tỷ số sóng mang trên tạp âm tổng của toàn tuyến. EIRSs – EIRP bão hòa của vệ tinh (W)  - độ dài bước sóng của tần số Ws - mật độ công suất bão hòa trên vệ tinh (W/m2) 41 Te - nhiệt độ tạp âm của trạm mặt đất. Các giá trị thu được của nhiệt độ tạp âm tương đương (T) và hệ số tăng ích truyền dẫn ( ) Nhiệt độ tạp âm tương đương của đường truyền (T) thấp nhất và ( ) tương ứng Tmin có thể tính như sau: ase TTTT  minmin  (2.14) Trong đó: Ta - tạp âm bên trong thiết bị  min - độ tăng ích truyền dẫn nhận được với EIRP bão hòa của vệ tinh tại biên của vùng phủ sóng Nhiệt tạp âm tương đương (T) của đường truyền và độ tăng ích truyền dẫn ( ) tương ứng với tỷ số  /T cao nhất. Giá trị của ( ) và (T) tương ứng trong các trường hợp mà hệ số là  /T cao nhất có thể xác định được bằng cách lấy cực đại của công thức sau: ase TTTT     (2.15) Công thức này đạt giá trị cực đại khi ( ) cực đại, có nghĩa là nó được tính ở đỉnh beam của anten. g minmax  g - độ tăng ích của anten phát chêch lệch giữa đỉnh beam và biên của beam. Nhiệt độ tạp âm tương ứng là: ase TgTTT  min (2.16) Tính nhiễu cho trường hợp hai hệ thống sử dụng một băng tần trong cùng một hướng (lên hoặc xuống) Trường hợp 1 Để tính mức nhiễu giữa hai hệ thống thì phải tính độ gia tăng của nhiệt độ tạp âm tương đương của đường truyền do phát xạ nhiễu gây ra. Để đơn giản hóa việc tính toán, giả định các tổn hao truyền dẫn cơ bản trên hướng từ vũ trụ đến trái đất đang được khảo sát. Tương tự, các tổn hao truyền dẫn cơ bản trên hướng từ trái đất đến vệ tinh cũng như nhau. 42 Với mỗi một trong hai hướng thì các tổn hao được tính với điều kiện là khoảng cách từ trạm mặt đất đến vệ tinh và từ vệ tinh đến mặt đất lấy theo mạng R' và tần số trung tâm của dải tần chung giữa hai mạng. Các giả định trên là chấp nhận được trong trường hợp vệ tinh địa tĩnh bởi vì sự khác nhau trong các tổn hao giữa các khoảng cách ngắn nhất và xa nhất là 1,5db. Các tham số sT và eT được tính theo công thức: H ele s KL ggP T )()( '2 ''   (2.17) d es e KL ggP T )()( 2 ' 3 '   es TTT   d es H ee KL ggP KL ggP T )()()()( 4 ' 3 '' 2 ' 1 '    Hình 2.2: Mô tả ảnh hưởng nhiễu giữa hai mạng thông tin vệ tinh sử dụng một băng tần trong cùng một hướng Trong trường hợp mà sự dịch tần số (giữa đường lên và đường xuống) của   dl u tg P )(1 Ag  ( )(2 ig  )(3 ig  S’ S P’ 43 hai mạng khác nhau thì đường giả định đường truyền A' của mạng R' ảnh hưởng đến đường truyền A của mạng R thì khi đó: d ee U e KL ggP KL ggP T )()()()( 4 ' 3 '' 3 ' 2 ' 1 '    (2.18) Tương tự lượng gia tăng 'T của mạng R' do mạng R gây ra có thể tính theo công thức: H ee s KL ggP T )()( '21' '   (2.19) d et e KL ggP T )()( '433 '   (2.20) Khi hai mạng vệ tinh có cùng độ dịch tần thì: d ae u ee KL ggP KL ggPT )(')'()(')('' 3321   (2.21) Khi hai mạng vệ tinh không có cùng độ dịch tần thì: d aes u ee KL ggP KL ggDT )(')'()(')(' 321   (2.22) Đối với hai vệ tinh đa truy nhập thì các tính toán phải tính cho mỗi đường truyền của vệ tinh này tương quan với tất cả các đường truyền của vệ tinh kia. Trường hợp hai hệ thống chỉ chung băng tần ở đường lên thì: ETT  Trường hợp 2 hệ thống chỉ chung băng tần ở đường xuống thì: sTT  . Tính nhiễu trong trường hợp hai hệ thống sử dụng cùng một băng tần theo hai hướng ngược nhau (một lên một xuống) Trường hợp 2 Trong trường hợp này thì: sl ss s LK ggPT )'()('' 233  (2.23) Lượng gia tăng nhiệt được tính: sTT  . (2.24) - Phương pháp chuẩn hóa nhiệt độ tạp âm tương đương của đường truyền vệ tinh Phương pháp tính T/T giới thiệu ở phần trên dựa trên các thông số tổng quát của các hệ thống thông tin vệ tinh, cách tính đơn giản, nhanh chóng cho kết quả. 44 Thông thường các nước sử dụng phương pháp này khi có số liệu của các hệ thống mà các nước cung cấp theo mẫu bản khai API của ITU (bản khai đăng ký sơ bộ khi các nước tiến hành đăng ký vị trí quỹ đạo cho vệ tinh địa tĩnh). Tuy nhiên, phương pháp này có độ chính xác không cao do chưa xét đến mối tương quan giữa các sóng mang có tính chất chống nhiễu khác nhau và có khả năng gây nhiễu tới mạng khác cũng khác nhau, nên để có được kết quả chính xác hơn thì người ta sử dụng phương pháp chuẩn hóa nhiệt độ tạp âm tương đương của đường truyền vệ tinh. - Các giá trị chuẩn hóa lượng gia tăng nhiệt độ tạp âm tương đương của đường truyền vệ tinh Phương pháp này nhằm xác định độ gia tăng của nhiệt độ tạp âm đường truyền theo các dạng khác nhau của truyền dẫn trong hai mạng. Hình 2.3: Hai hệ thống sử dụng cùng một băng tần theo hai hướng ngược nhau. Giá trị chuẩn hóa của lượng gia tăng nhiệt tạp âm được tính theo công thức: 2BN I T T oN        (2.25) ag ul sl S )(1 as  )(0 as  S’ 45 Trong đó: No - mật độ tạp âm nhiệt ứng với nhiệt độ tạp âm tương đương với đường truyền vệ tinh. I/No - tỷ số công suất nhiễu trên mật độ tạp âm nhiệt của sóng mang bị nhiễu. B2 - băng tần được xác định bởi tỷ số công suất sóng mang nhiễu trên mật độ công suất tối đa 'mP : 2' /' BPPm  (2.26) Việc tính toán (T/T)N sẽ căn cứ trên từng loại sóng mang trong số các loại sóng mang sau đây:  FDM - FM  SCPC - FM  Digital SCPC (SCPC - DIG)  Sóng mang số băng rộng (DIG - BB)  Tivi FM (FM - TV) Đối với các trường hợp khác, có thể không tính được hệ số ( ) khi mà bộ phát đáp có chức năng xử lý tín hiệu số, ở đây đường lên và đường xuống cần phải được tính riêng rẽ. Các giá trị TScq và TEcq là các nhiệt độ tạp âm tương đương của đường lên và đường xuống và các tỷ số Ts/TScq và Te/TEcq là các thông số cần xác định. Để giảm khối lượng tính toán, các dạng sóng mang được nhóm lại theo các nhóm mà trong đó các sóng mang có các tham số tương tự nhau và có cùng mức độ ảnh hưởng đến kết quả tính ( T/T)N. Các loại sóng mang có thể tổng kết được 50 loại gồm:  20 loại sóng mang loại FDM - FM, khác nhau bởi số lượng kênh và băng thông ấn định.  Các sóng mang SCPC - FM được phân biệt bởi băng thông ấn định.  15 sóng mang loại sóng mang số băng rộng (DIG - BB) phân biệt bởi tốc độ bit, dạng mã hóa và số trạng thái.  Các sóng mang SCPC số, phân biệt bởi tốc độ bit, dạng mã hóa và số trạng thái. 46  Các sóng mang FM - TV, phân biệt bởi băng thông ấn định và mật độ năng lượng. Bảng 2.1: Phân loại các sóng mang D¹ng sãng mang Sè MHzBoc 3 1-5 MHzBMHz oc 73  6-11 MHzBMHz oc 157  12-16 FDM - FM MHzBoc 15 17-22 MHzBoc 3 33-35 MHzBMHz oc 73  36-37 MHzBMHz oc 157  38 Wide band digital MHzBoc 15 39-45 PSK 28-32 SCPC CFM 23-27 MHzf 7 46-49 FM - TV MHzf 7 50 Ghi chú: Boc - băng tần chiếm dụng f - sai lệch tần số Để đơn giản việc trình bày bảng các giá trị ngưỡng cho các sóng mang thì 50 loại sóng mang được chia thành các nhóm như trong bảng 2.1 Các giá trị T/T tương ứng mỗi cặp của sóng mang nhiễu và sóng mang bị nhiễu được đưa ra trong Bảng 2.2. - Các thông số được sử dụng để tính I/No và (T/T)N Các thông số bao gồm: Bo - độ rộng băng tần của tín hiệu cần thu (Hz) B1 - độ rộng băng tần của tín hiệu nhiễu (Hz) I/No - tỷ số công suất sóng mang nhiễu trên mật độ công suất tạp âm nhiệt C/No - tỷ số công suất sóng mang cần thu trên mật độ công suất tạp âm nhiệt C/I - tỷ số công suất sóng mang cần thu trên sóng mang nhiễu 47 B2 - độ rộng băng xác định theo tỷ số công suất nhiễu P' trên mật độ phổ công suất cực đại P''m P'm = P'/Bo  - phần tín hiệu nhiễu thu được sau bộ lọc No - mật độ công suất tạp âm nhiệt tương ứng với nhiệt độ tạp âm tương đương của đường truyền. N - công suất tạp âm N = No. Bo Giá trị quy chuẩn của lượng gia tăng nhiệt độ tạp âm đường truyền tương đương. 2 1 BNT T oN        (2.27) Bảng 2.2: Các giá trị ngưỡng tương ứng với các cặp sóng mang nhiễu và bị nhiễu Sãng mang nhiÔu FDM - FM Wide band digital SCPC FM - TV Sãng mang bÞ nhiÔu Boc (MHz) 15 15 PSK CFM(2) 7f 7f <3 13 12 12 11 8 10 10 8 9 1.223 11 11 3-7 23 14 12 12 11 10 10 8 29 4.350 11 13 7-15 40 20 14 12 17 10 10 8 56 8.458 12 19 FDM- FM(3) >15 102 46 24 14 40 19 11 8 148 22.257 23 45 <3 15 10 9 9 9 9 9 9 21 3.085 9 9 3-7 49 21 12 9 19 9 9 9 71 10.712 11 21 7-15 100 14 21 11 39 17 9 9 146 21.853 22 44 Wide band digital (4) >15 176 77 38 15 69 31 15 9 257 38.565 39 77 PSK(4) 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 2 2 SCPC CFM(3) 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 21 36 7f 73 32 16 6 29 13 6 2 107 16.046 16 12 FM-TV 7f 23 10 5 2 9 4 2 4 64 5.098 5 10 - Các tiêu chuẩn nhiễu Với các tín hiệu FDM - FM analog, nhiệt độ tạp âm tương đương phải đáp ứng yêu cầu về công suất tạp âm trong một kênh thoại là 7000p Wop cho hệ thống có tái sử dụng tần số và 6500p Wop cho hệ thống không tái sử dụng tần số (theo Recommendation 466 và 356). Đối với tín hiệu số, nhiệt độ tạp âm tương đương phải nhỏ hơn mức 70% (hệ 48 thống có tái sử dụng tần số) và 65% (hệ thống không tái sử dụng tần số) của tổng công suất tạp âm gây ra lỗi bít với hệ số là 10-6 (REC 523 và 558). Với tín hiệu TV/FM thì áp dụng tiêu chuẩn trong REC 483 mà theo đó kể cả nhiễu từ các đường truyền vô tuyến mặt đất thì mức tạp âm video là 5%. Với tín hiệu SCPC - FM thì nhiễu từ một tín hiệu không phải là TV - FM giả định là 600pWop trong một kênh với mức nhiệt tạp âm là 7000pWop cho hệ thống có tái sử dụng tần số và 6500pWop cho hệ thống không tái sử dụng tần số. Chú ý rằng, khi bề rộng phổ tín hiệu gây nhiễu lớn hơn tín hiệu nhiễu thì cần phải tính nhiễu từ tất cả sóng mang của mạng gây nhiễu ở trong băng thông của sóng mang bị nhiễu. - Trường hợp các sóng mang cần thu là FDM - FM Ở mức công suất khảo sát 1mW, mức nhiễu ở tín hiệu băng gốc được tính bằng (pWop) theo công thức: I CBN p log105,87log10  (2.28) I C f ffDbP fo log103 log20),(log10log105,87    Trong đó: B - hệ số giảm nhiễu b - băng thông của kênh thoại f - sai lệch r.m.s theo tone của tín hiệu cần thu (Hz) fm - tần số đỉnh tín hiệu băng gốc sóng mang cần thu có ghép kênh (Hz) D(f, fo) - thành phần kết hợp giữa phổ của tín hiệu nhiễu và bị nhiễu fo - phân cách giữa các tần số sóng mang bị nhiễu và sóng mang nhiễu f - tần số trung tâm của kênh đã chọn, đặt trong băng gốc của tín hiệu cần thu (Hz) dbffPp m )/(log10 Nhiệt độ tạp âm sau giải điều chế được tính theo công thức: 49 ffbNCPN oth /log20log10/log105,87log10  (2.29) Trong đó: No = KT mật độ công suất tạp âm trên đường truyền cần thu K - hằng số Boltzman T - nhiệt độ tạp âm tương đương của đường truyền vệ tinh Do đó: dbffD N I N N o oth p ),(log103log10log10  (2.30) 2 ),( o oth p ffD N I N N  Tiêu chuẩn nêu trong Recommendation 466 ứng với Np = 800p Wop, với một mức Nth bằng 7000 hay 6500p Wop tướng ứng với hệ thống có tái sử dụng tần số hay không có tái sử dụng tần số. Ví dụ với mức 7000p Wop áp dụng cho hệ thống có tái sử dụng tần số: Suy ra: ),( 2286,0 ),( 2143,0 ooo ffDffDN I  (2.31) 2 1 ),( 2286,0 BffDT T oN        - Trường hợp các sóng mang cần thu là SCPC - FM  Nhiễu từ một sóng mang FM - TV Trong trường hợp này thì ngưỡng oNIIC /log3log25,13/log10   phải được áp dụng (Recommendation 671) Do đó: 2,065,1 3,0 10  I N C C I N C N I ooo  (2.32) Với 2 2,065,1 3,0 1 10 B I N C T T oN         fB f Bo    2& f - khoảng cách tần số đỉnh tới đích của tín hiệu TV (Hz) I - phần trăm của tạp âm tổng trước điều chế trong nhiễu giữa các hệ thống Ví dụ: Nhiệt tạp âm được tính theo: 50 fNCN oth log20/log107,188log10  (2.33) f - độ di dịch r.m.s trong tín hiệu cần thu SCPC - FM (Hz) Sau biến đổi và thay số vào ta có: 2 9,1410 foN C    Nhiễu từ một sóng mang không phải là FM-TV Tất cả tín hiệu khác có phổ rộng hơn nhiều so với tín hiệu thu SCPC nên: th p N N N T T        (2.34) Trong đó: Np = 800p Wop mức ngưỡng nhiễu cho phép Nth = 6500p Wop hoặc 7000p Wop tùy theo hệ thống - Trường hợp sóng mang cần thu là SCPC số  Nhiễu từ một sóng mang FM-TV Trong trường hợp này thì ngưỡng )10/log(3log25,13/log10 IIC   phải được áp dụng (Recommendation 671) 3,044,1 8,0 10  I N N C I N C N I ooo  (2.35) Với: 2 3,044,1 8,0 10 B BI T T o N         fB f B    2 0 & f - khoảng cách tần số đỉnh tới đỉnh của tín hiệu TV (Hz) I - phần trăm của tạp âm tổng số trước điều chế trong nhiễu giữa các hệ thống Ví dụ: C/No được tính theo công thức: u oo D N E N C  (2.36) Trong đó: E - công suất trên bít Du - tỷ lệ bít hữu ích No - mật độ công suất tạp âm  Nhiễu từ một sóng mang không phải là FM - TV Tất cả các tín hiệu nhiễu khác có phổ rộng hơn nhiều so với tín hiệu cần thu (SCPC) nên với hệ thống có tái sử dụng tần số thì: 51 %57,8 7,0 06,0        NT T (2.37) - Trường hợp sóng mang số băng rộng (DIG-BB): Recommendation 523 đưa ra tiêu chuẩn %57,870/6/ thNI (cho hệ thống có tái sử dụng tần số)  Nhiễu từ một sóng mang số Nếu Bo > B1 1 thì oo tho th tho BB N I N N N I N I 0857,0 và B2 = B1 (2.38) Do đó: 12 0857,00857,0 B B B B T T oo N        Nếu Bo < B1 1B Bo thì 10857,0 B I N N N I N I o th tho    và B2 = B1 Ta có: 1 2 1 0857,00857,0 B B BBI N N N I N I o o th tho     Nhiễu từ một sóng mang analog Nếu Bo > B1 1 Thì: o o th tho B N N N I N I 0857,0 (2.39) Và 2 0857,0 B B T T o N        Nếu Bo < B1 thì   o o th tho BI N N N I N I 0857,0 và 2 0857,0 B B T T o N         - Trường hợp các sóng mang cần thu là FM - TV Trong trường hợp này ngưỡng là x I C   log10 , db với x có thể thay đổi. Tuy nhiên theo bảng 2.1 thì giá trị x được ấn định là 35db, do đó: ooo N CI N C I C N I   5,310 (2.40) Nếu Bo > B1 1 thì 2 5,310 B II N C T T oN        Nếu Bo < B1 thì: 2 5,310 B II N C T T oN         52 Trong bảng 2.1, theo Recommendation, mức S/N cần thiết là 35 db để chỉ số không quá 20% trong tổng số nhiễu từ bên ngoài thì điều kiện sau đây phải được thỏa mãn. db N S th 54 cho 99% thời gian Tỷ số nhiễu trên tạp âm của tín hiệu video TV sau giải điều chế được tính: QPFm Fm Fr N C N S oth    3 log10log20log10log10 1 (2.41) Trong đó: F - sai lệch tần số tại tần số thấp của tín hiệu FM - TV Fm - tần số cực đại của tín hiệu FM - TV ở băng gốc (Hz) 2.2.2. Phương pháp tính nhiễu của các hệ thống thông tin vệ tinh phi địa tĩnh tới hệ thống thông tin vệ tinh địa tĩnh: Giới thiệu: Theo bảng phân bổ tần số thì các hệ thống thông tin vệ tinh địa tĩnh (GSO) có thể dùng chung tần số với hệ thống thông tin vệ tinh phi địa tĩnh (non-GSO) ở hai nghiệp vụ. Cố định qua vệ tinh (FSS - Fixed Stellite Service) Di động qua vệ tinh (MSS - Mobile Stellite Service) Tuy vậy, các hệ thống vệ tinh Non-GSO cung cấp dịch vụ FSS chưa nhiều và việc tính toán nhiễu giữa các hệ thống vệ tinh GSO và Non-GSO cung cấp dịch vụ có thể làm tương tự như giữa các hệ thống vệ tinh GSO. Với một số chú ý đến các đặc tính quỹ đạo của các vệ tinh Non-GSO. Các hệ thống Non-GSO cung cấp dịch vụ MSS được phát triển và xây dựng với quy mô toàn cầu. Trên thế giới cũng đã có một số hệ thống vệ tinh GSO cung cấp dịch vụ MSS. Do vậy, ở đây nhiễu từ hệ thống Non-GSO tới hệ thống GSO khi chúng có cùng băng tần và cung cấp dịch vụ MSS sẽ được xem xét tính toán. - Các khả năng nhiễu từ hệ thống phi địa tĩnh Non-GSO tới hệ thống địa tĩnh GSO  Mặc dù các thiết bị mặt đất di động của hệ thống Non-GSO (MET) nói chung sẽ hoạt động ở công suất thấp hơn GSO-MET, nhiễu từ một số lớn 53 các Non-GSO (MET) khi mà những Non-GSO (MET) này nằm trong vùng phủ sóng của 650 có thể ảnh hưởng tới vệ tinh 650.  Một vệ tinh GSO có thể cùng một lúc "nhìn thấy" nhiều vệ tinh Non- GSO trong beam chính hay búp sóng phụ của nó. Nếu vệ tinh Non-GSO có tần số theo hướng từ vệ tinh tới trạm di động mặt đất trùng với tần số di động tới vệ tinh của hệ thống GSO thì có thể xảy ra tình huống beam phát của Non-GSO và beam thu của GSO chiếu vào nhau và tín hiệu phát từ vệ tinh Non-GSO có thể gây nhiễu đến đầu thu trên vệ tinh GSO. Nếu hệ thống Non-GSO sử dụng cùng băng tần với hệ thống GSO trong đường truyền từ vệ tinh tới di động thì có thể xảy ra nhiễu từ vệ tinh Non-GSO tới vệ tinh GSO-MET và từ Non-GSO MET tới GSO-MET. - Các thông số cần thiết cho tính toán Hướng từ vệ tinh mặt đất minD - góc phân cách giữa vệ tinh Non-GSO đang hoạt động trong tầm nhìn thấp tới trạm mặt đất của hệ thống thông tin vệ tinh GSO. maxDNCSOPDF - mật độ công suất cực đại toàn bề mặt trái đất của mỗi vệ tinh Non-GSO trong chùm vệ tinh (dBW/m3 - Hz). ND - số lượng vệ tinh Non-GSO lớn nhất phát sóng xuống vùng phủ sóng. Hướng từ mặt đất lên vệ tinh minN - góc phân cách giữa vệ tinh GSO và Non-GSO trong tầm nhìn thấy của trạm mặt đất của hệ thống vệ tinh Non-GSO. maxNGSOEIRP - mật độ eirp cực đại trên hướng, ứng với góc minN của trạm phát mặt đất của hệ thống vệ tinh Non-GSO (dBW/m3 - Hz). NN - số lượng trạm phát có cùng tần số với vệ tinh GSO của hệ thống Non- GSO trong vùng phủ sóng của một beam thu của vệ tinh GSO. Các thông số của trạm mặt đất maxESGSOG  - độ tăng ích cực đại của trạm thu mặt đất ở hướng, ứng với góc minD . ESGSOT  - nhiệt độ tạp âm thu của đường xuống của hệ thống GSO 54 Độ nhạy của vệ tinh thông tin maxSSGSOG  - độ tăng ích cực đại của anten vệ tinh GSO SSGSOT  - nhiệt độ tạp âm thu của hệ thống GSO trên đường lên - Các bước tính nhiễu vào hệ thống GSO trên đường xuống Bước 1: Tính mật độ công suất nhiễu cực đại từ một vệ tinh Non-GSO tại đầu ra anten thu trạm mặt đất GSO.           4 log10 2 maxmax EESGSONGSODoFS GPEDI (2.42) Bước 2: Tính mật độ tạp âm No tại đầu ra anten thu của trạm mặt đất. ESGSOESo TKN   . (2.43) K - hằng số Boltzman Bước 3: Tính tỷ lệ DTT / của nhiệt tạp âm hệ thống thu trên đường xuống.       10 /10 ESoESon D NIN T T (2.44) - Các bước tính nhiễu vào hệ thống GSO trên đường lên Bước 1: Tính mật độ thông lượng công suất của trạm phát mặt đất Non-GSO tại vệ tinh GSO. )4log(10 2maxmax hEIRPPED ENGSOEGSONn  (2.45) Trong đó: h - độ cao của vệ tinh GSO tính từ bề mặt trái đất (h = 35.786) Bước 2: Tính mật độ công suất nhiễu (IO-SS) tại đầu ra anten thu vệ tinh.           4 log10 2 maxmax ESSGSOENGSOnSSO GPEDI (2.46) Trong đó:  - bước sóng tần số công tác Bước 3: Tính mật độ công suất tạp âm No tại đầu ra của anten thu vệ tinh. SSGSOSSO TKN   . (2.47), trong đó: K- hằng số Boltzman Bước 4: Tính tỷ số uTT /       10 /10 SSOSSOo u NIN T T (2.48) 55 2.2.3. Tính nhiễu giữa hệ thống vô tuyến mặt đất với hệ thống GSO: Giới thiệu: Nhiễu giữa hệ thống vô tuyến mặt đất với hệ thống vệ tinh GSO có thể xảy ra hai trường hợp: Đường thông tin vô tuyến mặt đất (viba) có cùng tần số làm việc với đường lên của vệ tinh và tín hiệu vi ba mặt đất trộn với tín hiệu ở đầu vào thu trên vệ tinh. Đường thông tin vô tuyến mặt đất có cùng tần số làm việc với đường xuống của vệ tinh và đầu vào thu của trạm mặt đất bị nhiễu tín hiệu của hệ thống vi ba. Để bảo vệ trạm trái đất của hệ thống thông tin vệ tinh địa tĩnh không bị nhiễu do hệ thống mạng vô tuyến mặt đất gây ra, đồng thời không để hệ thống vệ tinh gây nhiễu đến mạng vô tuyến mặt đất thì cần phải xem xét các vần đề sau: Khi trạm mặt đất của hệ thống thông tin vệ tinh dùng chung băng tần với hệ thống vô tuyến mặt đất thì có thể xảy ra nhiễu giữa hai hệ thống. Để tránh nhiễu cần phải phối hợp giữa mạng vô tuyến điện mặt đất và trạm mặt đất của hệ thống thông tin vệ tinh. Việc phối hợp này sẽ được thực hiện trong một vùng bao quanh trạm mặt đất với khoảng cách mà ở đó nhiễu giữa hai hệ thống có thể bỏ qua. Vùng giới hạn phối hợp có thể bị mở rộng sang tới lãnh thổ thuộc cơ quan quản lý khác. Nhiễu giữa các hệ thống sẽ phụ thuộc vào các thông số sau: công suất phát, phương thức điều chế, hệ số tăng ích anten, mức nhiễu cho phép ở đầu thu, tổn hao sóng vô tuyến,... Từ các vấn đề nêu trên, việc xác định vùng phối hợp cho trạm trái đất để xác định vị trí các trạm vô tuyến mặt đất là cần thiết, đảm bảo nhiễu giữa hai hệ thống là không đáng kể, có thể bỏ qua. Đối với các trạm nằm trong vùng phối hợp mà trong đó các hệ thống có thể gây nhiễu lẫn nhau thì phải tiến hành phối hợp chi tiết để giảm nhiễu ảnh hưởng lẫn nhau. Một phương pháp để xác định vùng phối hợp quanh trạm mặt đất trong hệ thống thông tin vệ tinh địa tĩnh có tần số trong khoảng từ 1 - 60 GHz với hệ thống vô tuyến mặt đất đã được xây dựng và áp dụng trong thực tế. Phương pháp này áp dụng cho các băng tần mà các dịch vụ vệ tinh truyền dẫn theo cùng một hướng. Các trạm mặt đất của hệ thống thông tin vệ tinh và các trạm vô tuyến mặt đất 56 dùng chung băng tần có thể xảy ra nhiễu giữa hai hệ thống. Cường độ nhiễu phụ thuộc vào tổn hao truyền lan trên đường dẫn truyền tín hiệu. Đường truyền này phụ thuộc vào các thông số như: độ dài, địa lý, hướng anten, điều kiện khí hậu và độ sẵn sàng của đường truyền. Phương pháp được giới thiệu ở đây sẽ được xác định trong tất cả các hướng thu phát của trạm mặt đất, khoảng cách tổn hao truyền dẫn sẽ vượt quá một giá trị xác định trong một giá trị xác định của phần trăm về thời gian. Vùng phối hợp sẽ có được nhờ vào việc xác định khoảng cách phối hợp trong tất cả các hướng và vẽ lên bản đồ khi tiến hành xác định vùng phối hợp, ta chia thành hai trường hợp sau: - Trạm mặt đất phát và khả năng gây nhiễu tới mạng mặt đất - Trạm mặt đất thu và khả năng bị nhiễu do hệ thống vô tuyến mặt đất gây ra. Nếu trạm mặt đất thu/phát nhiều loại sóng mang thì thông số của trạm sẽ được lấy để tính cho trường hợp có khoảng cách phối hợp lớn nhất với mỗi búp sóng của anten và tần số dùng chung với mạng vô tuyến mặt đất. - Các khái niệm về tổn hao truyền dẫn cho phép tối thiểu Việc xác định khoảng cách phối hợp dựa trên sự phụ thuộc tuyến tính theo khoảng cách tổn hao của tín hiệu nhiễu. Lượng tiêu hao cần thiết giữa một trạm phát gây nhiễu và một trạm thu bị nhiễu được xác định bằng "tổn hao truyền dẫn cho phép tối thiểu P% của thời gian" và được tính theo công thức: dbPPL PRTP )()(  (2.49) Trong đó: PT - công suất phát tối đa trong băng tần dùng chung tại đầu vào của anten trạm phát PR(P) - mức ngưỡng nhiễu của một phát xạ nhiễu không vượt quá P% của thời gian tại đầu thu của anten trạm bị nhiễu. PT và PR(P) - được tính với cùng một băng thông LP và PR(P) - được tính cùng P% về thời gian Cần phải phân biệt hai chế độ khác nhau về tổn hao của một sóng mang nhiễu. 57 Tổn hao do tầng đối lưu - gọi là chế độ 1. Tổn hao do tán xạ hơi nước - gọi là chế độ 2. Định nghĩa về tổn hao truyền dẫn cơ sở tối thiểu cho phép Trong trường hợp chế độ tổn hao 1 thì tổn hao truyền dẫn được xác định từ các tham số bao gồm: Tổn hao truyền dẫn cơ sở tối thiểu cho phép. Độ tăng ích anten hiệu dụng cả hai đầu của một hướng truyền nhiễu. Tổn hao truyền dẫn cơ sở tối thiểu cho phép được tính theo công thức: )()( PRRTTPb PGGPL  (2.50) Trong đó: Lb(P) - Tổn hao truyền dẫn tối thiểu cho phép với P% thời gian. GT - Độ tăng ích anten phát của trạm gây nhiễu (dB) GR - Độ tăng ích anten thu của trạm bị nhiễu (dB) Nếu trạm bị nhiễu là trạm mặt đất thì độ tăng ích này tính ở đường chân trời với một góc phương vị xác định. Nếu trạm bị nhiễu là trạm vô tuyến mặt đất thì độ tăng ích lấy bằng độ tăng ích cực đại. - Các tham số liên quan đến việc tính toán nhiễu  Mức ngưỡng của nhiễu với một phát xạ nhiễu Mức ngưỡng của nhiễu với một phát xạ nhiễu (dBw) trong băng tần dùng chung sẽ không vượt quá P% thời gian tại đầu thu của anten trạm bị nhiễu sẽ được tính như sau (cho mỗi nguồn nhiễu): )()110log(10)log(10 10/)( dbwWNBKTP MS LEPR  (2.51) Trong đó: K - Hằng số Boltzman TE - Nhiệt độ tạp âm anten NL - Tạp âm đường truyền B - Băng thông của hệ thống bị nhiễu (có tín hiệu nhiễu của phát xạ nhiễu) P - Phần trăm thời gian mà nhiễu từ một nguồn có thể vượt quá giá trị ngưỡng 58 nPP o / Po - % thời gian mà nhiễu từ tất cả các nguồn có thể vượt mức ngưỡng n - Số lượng tương đương của nguồn nhiễu w - Hệ số quy đổi của lượng tạp âm nhiệt do tín hiệu nhiễu gây ra cho trạm bị nhiễu + Các đường "contour" phụ Đường contour phối hợp được xác định dựa trên các giả định về khả năng có thể xảy ra nhiễu là các trường hợp xấu nhất Trong thực tế, những trường hợp này ít xảy ra và để hiệu quả ta vẽ thêm các đường contour phụ ứng với mức 5, 10, 15, 20 dB của tổn hao truyền dẫn yêu cầu cho tới khoảng cách phối hợp tối thiểu 100 km. Các đường này sẽ được sử dụng cho các trường hợp cụ thể theo thỏa thuận của hai bên. - Xác định khoảng cách phối hợp cho chế độ tổn hao 1 Các vùng khí hậu vô tuyến Trong tính toán khoảng cách phối hợp cho chế độ tổn hao 1 thì thế giới được chia thành bốn vùng khí hậu vô tuyến. Vùng A1: Vùng bờ biển (bên cạnh vùng B và C sẽ được định nghĩa ở phần sau) có độ cao so với mực nước biển nhỏ hơn 100 m và giới hạn ở khoảng cách xa nhất là 50 km từ vùng B và C trong các trường hợp cụ thể. Vùng A2: Tất cả các vùng trừ vùng A1. Vùng B: Các biển đại dương "lạnh" và các vùng "large bodies of in land water" ở vĩ độ trên 30o trừ Địa Trung Hải và Biển đen. Vùng C: Các biển và đại dương "ấm" - Phương pháp tính khoảng cách phối hợp với chế độ 1 Khoảng cách phối hợp với chế độ 1 (tính theo km) là khoảng cách ứng với tổn hao truyền dẫn cơ sở cho phép Lb(P)(dB). )()( 42 PReTPb PGGPL  (dB) (2.52) PT và PN(P) được nêu trong mục trước Ge - Chênh lệch giữa độ tăng ích của anten trạm mặt đất (dB) ứng với đường 59 chân trời và góc phương vị trên hướng đang xét. Chênh lệch giữa độ tăng ích cực đại của anten giả định cho trạm mặt đất (terestrial) với giá trị 42dB. 1)(1 ALL Pb  (dB) (2.53) Với: AhPPfA  5,01 5loglog20120 (dB) Trong đó: f - tần số công tác (GHz) Ah - góc số cho góc ngẩng tại đường chân trời của trạm mặt đất với cách lấy giá trị như sau:   )(5,41log20 33,05,0 dBffAh   với o0 (2.54) Ah = 8,0dB với 5,00 o và Ah = -4dB với o5,0 Chú ý: giá trị cực đại của Ah là 30 dB Khi có L1 khoảng cách yêu cầu có thể xác định theo công thức    n i Pi dL 1 1)(1  (dB) (2.55) Với i = 1 ... n ứng với các vùng khí hậu vô tuyến A1, A2, B & C đã được định nghĩa ở trên. di - Tổn hao tổng trên hướng i vzoPdzPi   )()( 01,0 )(Pdz - hệ số tổn hao vượt P% thời gian vì những hiện tượng bất thường 4321)( log CCfCC PPdz  dB/km Các giá trị C1, C2, C3 và C4 trong 4 vùng khí hậu được nêu trong bảng 2.3 o - Tổn hao do ôxy              3222 3 10. 50,1)57( 81,4 227,0 09,610.19,7 f ffo  dB/km với f < 57 GHz )57(5,1)57(  foo  dB/km với 6057  f GHz )57(o - Giá trị của o tại tần số 57 GHz 42 222 10.3,26)4,325( 9,8 0,9)3,183( 6,10 5,8)2,22( 360021,0050,0              pf fffvz  60 với f < 350 GHz Giá trị của vz phụ thuộc vào vùng khí hậu và được tính toán với giá trị  (g/m3) ở trong Bảng 2.3 Bảng 2.3: Giá trị của vz phụ thuộc vào vùng khí hậu Vïng C1 C2 C3 C4 P(g/m 3) A1 0,03 0,03 0,15 0,2 10,0 A2 0,04 0,05 0,16 0,1 7,5 B 0,015 0,015 0,05 0,15 10,0 C 0 0,015 0,04 0,15 10,0 Công thức    n i Pi dbdL 1 1)(1  cho phép tìm khoảng cách phối hợp bằng cách sử dụng giá trị di cho khoảng cách trên mỗi hướng. Tính iPi d)( và sau đó tăng dần giá trị cho đến khi tổng lớn hơn L1:    n i Pi Ld 1 11)( (dB) Bảng 2.4: Giá trị d ứng với các vùng Vïng d1(km) A1 500 A2 350 B 900 C 1200 Do đó, có thể xác định: km dL d n iPi n            )(1 (2.56) Khoảng cách phối hợp chế độ 1 là:            1 1 1 1 1 1  L dd d n i n (2.57) km với n > 1 km với n = 1 61 Chú ý: d1 không vượt quá giá trị cực đại tương ứng với các vùng như đã cho trong Bảng 2.4. - Xác định khoảng cách phối hợp cho chế độ tổn hao 2 Khoảng cách phối hợp cho chế độ tổn hao 2 là khoảng cách ứng với tổn hao cho phép L2 khi nó bằng tổn hao tối thiểu cho phép Lp. LP = PT - PR(P) (dB) (2.58) Bảng 2.5: Giá trị ngưỡng L(P) Vïng khÝ hËu TÇn sè (GHz) A, B C, D, E F, G, H, J, K L, M N, P, Q 1 152 148 144 141 136 4 140 136 132 129 125 6 138 134 130 127 124 8 136 132 129 126 124 10 135 131 129 127 126 12 134 131 129 127 126 14 135 132 130 128 127 18 138 136 134 132 131 20 144 142 140 139 137 22,4 153 151 149 148 146 25 149 147 145 144 142 28 147 145 143 141 139 30 147 145 143 141 140 35 151 149 147 145 143 40 - 60 157 155 153 151 149 Như đã nêu trong phần 2.3.2 khoảng cách phối hợp tối thiểu là 100km, nói chung trong các trường hợp nhiễu chế độ tổn hao 2 thì khoảng cách này đảm bảo cho trạm mặt đất không bị nhiễu, còn trong các trường hợp cụ thể thì chỉ cần đánh giá mức nhiễu ở trong khoảng cách này. Tuy nhiên, cũng có một số trường hợp khi xảy ra sự kết hợp giữa mức công suất nhiễu cao và mức công suất nhiễu cho phép thấp ở trạm mặt đất thì cần có những bổ sung để bảo vệ trạm mặt đất khỏi bị nhiễu trong chế độ tổn hao 2. 62 Vì vậy, khi tổn hao truyền dẫn yêu cầu L(P) vượt quá giá trị ngưỡng nêu trong Bảng 2.5 thì chúng ta cần phải tính toán chi tiết theo từng băng tần vì điều kiện khí hậu của nơi đặt trạm mặt đất là khác nhau. Việc tính toán chi tiết tương đối phức tạp và có thể tham khảo ở APS9 và REC 847 của ITU. Qua nội dung trình bày trong chương này, cho ta thấy việc tính toán đánh giá mức nhiễu của hệ thống thông tin vệ tinh địa tĩnh là hết sức phức tạp. Vì quãng đường truyền lan sóng là rất lớn nên tác động của nhiễu và tạp âm ảnh hưởng nhiều đến chất lượng tín hiệu thu. Từ đó cho thấy cần đầu tư nghiên cứu nhiều hơn nữa về tạp âm, nhiễu. Tuy vậy, các phương pháp tác giả lựa chọn ở đây đã được công nhận và được áp dụng rộng rãi trong các hệ thống thông tin vệ tinh trên thế giới. 63 Chương 3 NHIỄU TRONG THÔNG TIN VỆ TINH CÁC KẾT QUẢ ĐO VÀ GIẢI PHÁP HẠN CHẾ NHIỄU 3.1. Các nguồn nhiễu: - Nhiễu sóng mang lân cận - Nhiễu vệ tinh lân cận - Nhiễu do chính hệ thống của khách hàng - Nhiễu xuyên phân cực - Các loại nhiễu khác Hình 3.1: Tỷ lệ phần trăm các nguyên nhân gây nhiễu. Nguyên nhân gây nhiễu: - Lỗi do con người: 29,41% - Lỗi do thiết bị: 52,94% - Hệ thống vệ tinh lân cận: 15,69% Hệ thống lân cận Loại khác Do con người Thiết bị 29,41% 52,94% 15,69% 1,96% 64 - Các loại nhiễu khác: 1,96% (theo thống kê một số nhà khai thác vệ tinh lân cận) 3.2. Các loại nhiễu: - Nhiễu tín hiệu FM - Nhiễu xuyên phân cực - Nhiễu sóng mang số, sóng mang sạch - Tăng nền tạp âm - Nhiễu xuyên điều chế - Nhiễu tín hiệu TDMA - Nhiễu TV/FM và FM - Nhiễu không xác định - Nhiễu vệ tinh lân cận 3.2.1. Nhiễu tín hiệu FM: Hình 3.2: Phổ nhiễu tín hiệu FM. 65 Hình 3.3: Nhiễu tín hiệu FM. - Nguyên nhân:  Các đầu nối giữa thiết bị trung tần và thiết bị cao tần không đảm bảo vì vậy các tín hiệu FM quảng bá thâm nhập vào hệ thống và được phát lên vệ tinh  Các cáp nối giữa phần trung tần và cao tần là loại có chất lượng kém  Hệ thống đất không đảm bảo chỉ tiêu kỹ thuật Tín hiệu trung tần Bộ đảo tần lên (U/C) Bộ khuếch đại công suất (HPA) Tín hiệu FM: 88 MHz đến 108 MHz Tín hiệu đài phát thanh FM Phần cao tần (RF) FM: 88 MHz đến 108 MHz Phần trung tần (IF) 66 - Cách xác định nơi thu nhận nhiễu:  Tắt các thiết bị cao tần như: Bộ đảo tần lên, bộ khuếch đại công suất, bộ thu phát  Tắt các thiết bị trung tần như: Modem, bộ điều chế có thể xác định được nguồn nhiễu. - Biện pháp hạn chế, khắc phục nhiễu FM:  Lựa chọn các cáp nối, đầu nối đúng chủng loại, đạt yêu cầu kỹ thuật như hướng dẫn trong tài liệu, đồng thời các phụ kiện này cũng phải đảm bảo chất lượng  Trạm mặt đất phải được lắp đặt đúng chuẩn  Kiểm tra hệ thống đất có đảm bảo, thiết bị đã được đấu đất đầy đủ chưa  Phối hợp với Đài điều hành khai thác mạng (NOC) để thực hiện đo, kiểm tra các sóng mang. 3.2.2. Nhiễu xuyên phân cực: Hình 3.4: Nhiễu xuyên phân cực. 67 - Mô tả:  Nếu độ cách ly phân cực phân cực của anten phát không