Tiểu luận thông tin vệ tinh Các phương pháp tính nhiễu trong hệ thống Thông tin vệ tinh

Tiểu luận thông tin vệ tinh Các phương pháp tính nhiễu trong hệ thống Thông tin vệ tinh 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 23 tổng số kênh lien 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.

Contents

Chương 1 : Tổng quan về hệ thống thông tin vệ tinh 2

1.1.Giới thiệu chung về thông tin vệ tinh 2

1.1.1 Giới thiệu chung 2

1.1.2 Đặc điểm của thông tin vệ tinh 2

1.2 Cấu trúc của tuyến liên lạc vệ tinh 3

1.2.1 Các thiết bị trong tuyến liên lạc thông tin vệ tinh 3

1.2.2 Tuyến liên lạc qua hệ thống thông tin vệ tinh 3

1.3 Các vấn đề trong truyền sóng 4

1.3.1 Tần số công tác của thông tin vệ tinh 4

1.3.2: Phân cực sóng 5

1.3.4 Tạp âm 5

Chương 2 : Nhiễu trong hệ thống TTVT và giải pháp hạn chế nhiễu 7

2.1 Các nguồn nhiễu và nguyên nhân gây nhiễu 7

2.2 Các loại nhiễu 8

2.2.1 Nhiễu tín hiệu FM 8

2.2.2 Nhiễu xuyên phân cực 10

2.2.3 Nhiễu vệ tinh lân cận 11

Chương 3 : Các phương pháp tính nhiễu trong hệ thống TTVT 15

3.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng hệ thống 15

3.1.1 Các tham số cơ bản đánh giá chất lượng hệ thống TTVT 15

3.1.2 Một số yếu tố ảnh hưởng của môi trường truyền dẫn 16

3.2 Một số phương pháp tính nhiễu 16

3.2.1 Phương pháp tính ΔT/T 16

3.2.2 Phương pháp tính C/I 21

Kết luận 23

Tài liệu tham khảo 24

Chương 1 : Tổng quan về hệ thống 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 đã có những phát triển vượt bậc ,việc

sử dụng những kĩ 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 vòng 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 lien 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 quỹ đạo địa tĩnh cách trái đất khoảng 3700km vệ tinh có thể nhìn thấy 1/3 trái đất ,như vậy chỉ cần 3 vệ tinh trên quỹ đạo là có thể phủ sóng toàn cầu

 Dung lượng thông tin lớn: với băng tần cung cấp rộng và sử dụng kĩ 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 hỏng 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 song các bộ chia cao tần và ghép công suất ,máy thu tạp âm thấp và các bộ giải điều chế,các bộ đối 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

 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 booh đổi tần xuống DC( Down Converter), sau đó qua bộ giải điều chế

để khắc phục lại băng tần cơ bản giống bên phát

Hình 1.1 : Đường liên lạc thông tin vệ tinh

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 tùy 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 có tần số thấp lại bị yếu đi nhiều khi đi qua tầng điện ly do bị hấp thụ hay phản xạ Ủy 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 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 36MHz hoặc 70MHz

Tuy vậy để nâng cao giá trị hiệu dụng của băng tần nhằm tăng dung lượng thông tin người ta đã sử dụng kỹ thuật sử dụng lại băng tần cho phép nâng băng tần hiệu dụng lên tới 2590Mhz 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 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 cách 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

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 điểu 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 trong là sóng phân cực phải hay 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 fido của anten trở nên phức tạp hơn đôi chút

1.3.4 Tạp âm

Khái 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 ụ 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 thường rất nhỏ,trong khi đó tạp âm thì lại rất lớn do khoảng cách truyền của thông tin rất dài(khoảng cách 37000km) 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 TTVT

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 50 thì mức suy hao do ảnh hưởng tầng đối lưu sẽ nhỏ hơn 1,5dB Suy hao do mây mù vào khoảng 1dB trong dải tần 4-6 GHz( băng C) và suy hao khoảng 3dB trong dải tần 7GHz và nhỏ hơn 6dB ở dải tần 10GHz

 Tạp âm do mưa :

Sóng điện từ không những bị suy hao do mưa mà còn cộng thêm tạp âm sinh

ra do bức xạ siêu cao của mưa,them 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

Chương 2 : Nhiễu trong hệ thống TTVT và giải pháp

hạn chế nhiễu

2.1 Các nguồn nhiễu và nguyên nhân gây nhiễu

Trong hệ thống TTVT, một số loại nguồn nhiễu thường gặp như :

 Nhiễu sóng mang lân cận

 Nhiễu vệ tinh lân cận

2.2 Các loại nhiễu

Một số loại nhiễu thường gặp :

 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

 Các đầu nối thiết bị trung tần và cao tần không đảm bảo vì vậy tín hiệu FM quảng bá thâm nhập vào hệ thống

 Các cáp nối giữa phần trung tần và cao tần là loại chất lượng kém

 Hệ thống đất không đảm bảo chỉ tiên kĩ thuật

Hình 2.3 : nhiễu tín hiệu FM Biện pháp khắc phục

 Lựa chọn cáp nối, đầu nối đúng chủng loại, đạt yêu cầu kỹ thuật

 Trạm mặt đất phải được lắp đặt đúng chuẩn

 Kiểm tra đảm bảo hệ thống đất, thiết bị đã được đấu đất đầy đủ

 Thực hiện đo, kiểm tra các sóng mang

2.2.2 Nhiễu xuyên phân cực

Hình 2.4 : Nhiễu xuyên phân cực

Mô tả : Nếu độ cách ly phân cực của anten không tốt, anten có thể phát đồng thời tín hiệu phân cực ngang và đứng ở cùng thời điểm và cũng thu tín hiệu ở 2 phân cự Do đó nhiễu phân cực sẽ xuất hiện ở vệ tinh lân cận

Hình 2.5 : Phổ nhiễu xuyên phân cực Nguyên nhân

 Căn chỉnh anten không tốt

 Độ cách ly phân cực không tốt

 Bị lệch hướng anten và phân cực khi làm việc

 Các nguyên nhân do điều kiện thời tiết

 Không thực hiện kiểm tra trước khi phát sóng mang

 Biện pháp khắc phục

 Không phát sóng mang khi trạm mặt đất chưa được kiểm tra

 Thực hiện bảo dưỡng định kì trạm mặt đất

2.2.3 Nhiễu vệ tinh lân cận

Có 2 loại nhiễu vệ tinh lân cận : Nhiễu hướng phát và nhiễu hướng thu

a, Nhiễu hướng phát

 Nguyên nhân 1 : Anten phát căn chỉnh hướng đến vệ tinh không tốt

Hình 2.6 : Nhiễu vệ tinh lân cận hướng phát Biện pháp khắc phục

 Thực hiện đo đạc kiểm tra truy nhập trạm mặt đất (UAT) đúng chỉ dẫn để đảm bảo trạm mặt đất hướng tốt nhất đến vệ tinh

 Nguyên nhân 2 :

 Anten không đạt yêu cầu kỹ thuật, giản đồ bức xạ không đảm bảo, công suất búp sóng phụ lớn

 Anten không đạt yêu cầu kỹ thuật, búp sóng chính quá lớn

Hình 2.7 : Nhiễu vệ tinh lân cận hướng phát

Hình 2.8 : Nhiễu vệ tinh lân cận hướng phát Biện pháp khắc phục : Kiểm tra kỹ thông số kỹ thuật anten Sử dụng anten có kích thước như khuyến nghị

b, Nhiễu hướng thu

 Nguyên nhân 1: Anten thu quá nhỏ, giản đồ bức xạ không đảm bảo chất lượng

Hình 2.9 : Nhiễu vệ tinh lân cận hướng thu

Biện pháp khắc phục : Sử dụng anten có kích thước đủ lớn

 Nguyên nhân 2 :

 Anten được căn chỉnh hướng vệ tinh không tốt

 Anten phát và thu cùng 1 thời điểm

 Khi anten không được căn chỉnh tốt sẽ bị nhiễu và gây nhiễu vệ tinh lân cận

Hình 2.10 : Nhiễu vệ tinh lân cận hướng thu

Hình 2.11 : Nhiễu vệ tinh lân cận hướng thu

Biện pháp khắc phục

 Thực hiện đo, kiểm tra truy nhập trạm (UAT) đúng chỉ dẫn

 Thực hiện bảo dưỡng định kỳ trạm mặt đất

 Nguyên nhân 3 : Ở những vùng trùng đường đẳng mức EIRP từ vệ tinh lân cận Biện pháp khắc phục

 Thực hiện tính toán đường truyền, sử dụng công suất phát theo khuyến nghị

 Thực hiện UAT, dùng anten kích thước đúng chuẩn

Chương 3 : Các phương pháp tính nhiễu trong hệ

thống TTVT

Ưu điểm lớn nhất của hệ thống TTVT 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 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 tuyến thì không chỉ xét đến chất lượng đường truyền mà còn cả tính kinh tế Ngoài ra khi thiết kế tuyến TTVT cần phải cân đối giữa chất lượng từng khối thiết bị và nhiễu nó có thể gây ra

3.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng hệ thống

3.1.1 Các tham số cơ bản đánh giá chất lượng hệ thống TTVT

Một số tham số đánh giá chất lượng hệ thống

 Tỷ số tín hiệu trên tạp âm đầu vào máy thu : Tỷ số này liên quan đến độ lớn tín hiệu thu trong mối quan hệ đến tạp âm đầu vào máy thu Cụ thể là :

 Tỉ số công suất tín hiệu trên công suất tạp âm C/N

 Tỉ số công suất tín hiệu trên mật độ phổ tạp âm C/

 Tỉ số công suất tín hiệu trên nhiệt tạp âm

C/T = C / * k

K là hằng số Bolzman

 Công suất máy phát

 Công suất bức xạ đẳng hướng tương đương (EIRP)

 Mật độ công suất

 Công suất tín hiệu thu

=

Trên thự tế cần phải tính đến suy hao phụ cho các trường hợp khác như

 Suy hao khi truyền sóng 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

3.1.2 Một số yếu tố ảnh hưởng của môi trường truyền dẫn

 Ảnh hưởng của mưa : Lượng mưa sẽ ảnh hưởng đến chất lượng đường truyền qua việc gây suy hao và sự đan chéo phân cực

 Hiệu ứng Faraday : Là hiện tượng quay mặt 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

 Đa chéo phân cự do các tinh thể băng

 Ảnh hưởng hiệu ứng đa đường : Các tín hiệu được phản xạ từ mặt đất cũng như các chướng ngại vật khác Trong trường hợp các tín hiệu thu ngược pha thì sẽ gây ra suy hao đáng kể

3.2 Một số phương pháp tính nhiễu

3.2.1 Phương pháp tính ΔT/T

3.2.1.1 Tính nhiễu giữa các hệ thống thông tin địa tĩnh

Đường truyền hệ thống TTVT gồm đường lên và xuống.Việc xác định mức nhiễu dựa trên việc tính ΔT/T theo công ước quốc tế, mức ngưỡng 6% được sử dụng là có thể chấp nhận được mà không cần phối hợp giải quyết loại bỏ

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 TTVT xảy ra hai trường hợp :

Trường hợp 1 : Hai hệ thống cùng sử dụng một băng tần trong cùng 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)

Các thông số của hệ thống