Tìm hiểu về hệ thống thông tin vệ tinh

Tìm hiểu về hệ thống thông tin vệ tinh

MỤC LỤC

CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN VỆ TINH

1.1 Sự ra đời của các hệ thống thông tin vệ tinh

1.2 Quá trình phát triển

1.3 Đặc điểm của thông tin vệ tinh

1.4 Các dạng quỹ đạo của vệ tinh

1.5 Cấu trúc một hệ thống thông tin vệ tinh

1.6 Các phương pháp đa truy nhập đến vệ tinh

1.6.1 Phương pháp đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA

1.6.2 Phương pháp đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA

1.6.3 Phương pháp đa truy nhập phân chia theo mã CDMA

CHƯƠNG II :SÓNG VÔ TUYẾN ĐIỆN

2.1 Tần số và các đặc tính của sóng vô tuyến điện trong thông tin vệ tinh

2.3 Sự truyền lan sóng vô tuyến điện

2.3.1 Khái niệm về sự truyền lan sóng vô tuyến trong thông tin vệ tinh

2.3.2 Tổn hao trong không gian tự do

2.3.3 Cửa sổ vô tuyến

2.3.4 Tạp âm trong truyền lan sóng vô tuyến

2.3.5 Sự giảm khả năng tách biệt phân cực chéo do mưa

2.3.6 EIRP : Đặc trưng khả năng phát

2.3.7 G/T : Đặc trưng độ nhạy máy thu

2.3.8 Sự nhiễu loạn do các sóng can nhiễu

CHƯƠNG III : KỸ THUẬT TRẠM MẶT ĐẤT

3.1 Công nghệ và đặc tính của anten

3.1.1 Yêu cầu chất lượng đối với anten thông tin vệ tinh

3.1.2 Phân loại anten

3.1.3 Hệ thống anten bám vệ tinh

3.1.4 Các đặc tính về điện

3.2 Công nghệ máy phát

3.3 Công nghệ máy thu

CHƯƠNG IV : TRẠM VỆ TINH

4.1 Cấu hình trạm vệ tinh với một bộ phát đáp đơn giản

4.2 Phân bố dải tần của bộ phát đáp

4.3 Các mạng vệ tinh nhiều chùm

4.3.1.Ưu điểm củavệ tinh nhiều chùm

4.3.2 Liên kết giữa các vùng bao phủ

4.3.3 Các tuyến nối liên vệ tinh

4.4 Các mạng vệ tinh tái tạo

1.1 Sự ra đời của các hệ thống thông tin vệ tinh

Thông tin vô tuyến qua vệ tinh là thành tựu nghiên cứu trong lĩnh vực truyền thông vàmục tiêu của nó là gia tăng về mặt cự ly và dung lượng với chi phí thấp

kết hợp sử dụng hai kĩ thuật tên lửa và vi ba đã mở ra kỷ nguyên thông tin vệ tinh.Dịch vụ được cung cấp theo cách này bổ sung một cách hữu ich cho các dich vụ mà trước

đó độc nhất chỉ do các mạng ở dưới đất cung cấp, sử dụng vô tuyến và cáp

Kỉ nguyên vũ trụ được bắt đầu vào năm 1957 với việc phóng vệ tinh nhân tao đầutiên ( vệ tinh Sputnik của Liên Xô cũ) Những năm tiếp theo các vệ tinh khác cũng lầnlượt được phóng như SCORE phát quảng bá (năm 1958), vệ tinh phản xạ ECHO(1960),các vệ tinh chuyển tiếp băng rộng TELSTAR và RELAY (1962) và vệ tinh địa tĩnh đầutiên là SYNCOM (1963)

Trong năm 1965 vệ tinh địa tỉnh thương mại đầu tiên INTELSAT-1 đánh đấu sự

mở đầu cho hàng loạt các vệ tinh INTELSAT Cùng năm đó, Liên Xô cũ cũng đã phóng

vệ tinh truyền thông đầu tiên trong loạt vệ tinh truyền thông MOLNYA

1.2 Quá trình phát triển

Các hệ thống thông tin vệ tinh đầu tiên cung cấp dung lượng thấp với giá tươngđối cao như vệ tinh INTELSAT-1 nặng 68kg khi phóng, có dung lượng 480 kênh thoaivới giá 32 500 USD một kênh trong một năm Giá thành này cao là do chi phí phóng, kếthợp với giá vệ tinh có tính đến tuổi thọ vệ tinh ngắn (1 năm rưỡi) và dung lượng thấp

Việc giảm giá là kết quả của nhiều nổ lực, những nỗ lực đó đã dẫn đến việc tạo racác tên lửa phóng có khả năng đưa các vệ tinh ngày càng nặng hơn lên quỹ đạo(3750kgkhi phóng vệ tinh INTELSAT-VI) Ngoài ra kĩ thuật viba ngày càng phát triển đã tạođiều kiện thực hiện các anten nhiều búp song có khả năng tạo biên hình mà búp song củachúng hoàn toàn thích ứng với hình dạng lục địa, cho phép tái sử dụng cùng một băng tầngiữa các búp song và kết hợp sử dụng các bộ khuếch đại truyền dẫn công suất cao hơn.Dung lượng vệ tinh tăng lên dẫn đến giảm giá thành mỗi kênh thoại (80 00 kênh trênINTELSAT-VI có giá thuê mỗi kênh là 380USD)

Ngoài việc giảm chi phí truyền thông, đặc điểm nổi bậc nhất là tính đa dạng củacác dịch vụ mà hệ thống thông tin vệ tinh cung cấp vào diện bao phủ như vệ tinhINTELSAT-1 cho phép thiết lập các trạm ở hai bên bờ Đại Tây Dương như kết nối đượcvới nhau Khi kích thước và công suất của các vệ tinh càng tăng lên thì càng cho phépgiảm kích thước của các trạm mặt đất và do vậy giảm giá thành của chúng, dẫn đến tăng

số lượng các trạm mặt đất do đó có thể khai thác một tính năng khác của vệ tinh, đó làkhả năng thu thập hoặc phát quảng bá các tín hiệu từ hoặc tới một số địa điểm thay vìphatt các tín hiệu từ điểm này đến điểm khác, bây giờ có thể phát từ một máy duy nhất tớirất nhiều máy thu phân bố trong một vùng rộng lớn hoặc ngược lại có thể phát từ nhiều

trạm tới một trạm trung tâm duy nhất vì vậy, các mạng truyền số liệu đa điểm, các mạngquảng bá qua vệ tinh và các mạng thu thập dư liệu có thể phát quảng bá tới các máy phátchuyển tiếp hoặc trực tiếp tới khách hàng các nhân Các mạng này hoạt động với các trammặt đất nhỏ có anten đường kinh từ 0,6 đến 3,5m

1.3 Đặc điểm của thông tin vệ tinh

Thông tin vệ tinh tuy ra đời muộn nhưng được phát triển nhanh nhóng bởi vì nó cónhiều lợi thế so với các hệ thống truyền thông khác, đó là:

 Vùng phủ song rộng, chỉ cần ba vệt inh là có thể phủ song toàn cầu

 Thiết bị phát song của hệ thống thông tin vệ tinh chỉ cần công suất nhỏ

 Việc lắp đặt hoặc di chuyển một hệ thống thông tin vệ tinh trên mặt đất tương đốinhanh chóng và không phụ thuộc vào cấu hình mạng cũng như hệ thống truyền dẫn

 Hệ thống thông tin vệ tinh có thể phục vụ nhiều dịch vụ khác nhau như viễn thôngthoại và phi thoại, thăm dò địa chất, truyền hình ảnh, quan sát mục tiêu, nghiên cứu khítượng, phục vụ quốc phòng an ninh…

 Thông tin vệ tinh rất ổn định Đã có nhiều trường hợp bão to, động đất mạnh làmcho các phương tiện truyền thông khác mất tác dụng chỉ còn duy nhất thông tin vệ tinhhoạt động

 Các thiết bị đặt trên vệ tinh có thể tận dụng năng lượng mặt trời để cung cấp điệnhầu như ngày lẫn đêm

Tuy vậy thông tin vệ tinh cũng có một số nhược điểm đó là:

 Kinh phí ban đầu để phóng một vệ tinh vào quỹ đạo khá lớn

 Bức xạ của sóng vô tuyến trong thông tin vệ tinh bị tổn hao lớn trong môi trườngtruyền sóng

1.4 Các dạng quỹ đạo của vệ tinh

Quỹ đạo của vệ tinh là hành trình của vệ tinh trong không gian mà trong đó vệ tinhđược cân bằng bởi hai lực đối nhau Hai lực đó là lực hấp dẫn của trái đất và lực ly tâmđược hình thành do độ cong của hành trình vệ tinh Quỹ đạo vệ tinh có 3 thông số quantrọng đó là: khoảng cách từ vệ tinh đến mặt đất, hình dạng và góc nghiêng so với mặtbình độ Một thông số chung của nó là mặt phẳng chuyển động của vệ tinh phải đi quatâm trái đất quỹ đạo của vệ tinh nằm trên một mặt phẳng có thể là hình tròn hoặc hìnhelip Nếu quỹ đạo là hình tròn thì tâm của quỹ đạo tròn trùng với tâm của trái đất

Nếu quỹ đạo là hình elip thì có một đầu nằm xa trái đất nhất gọi là viễn điểm( apogee) và đầu gần trái đất nhất gọi là cận điểm (perigee )

Quỹ đạo thông dụng hiện nay của vệ tinh là những dạng quỹ đạo sau đây

1.4.1 Các quỹ đạo hình elip.

Loại quỹ đạo này đảm bảo phủ sóng các vùng vĩ độ cao dưới một góc ngẩng lớn.góc ngẩng lớn là đặc biệt cần thiết trong những ứng dụng như

- Giảm thiểu việc chặn các tia do sự che khuất vệ tinh của các cao ốc và cây cối

- Việc bám vệ tinh được dễ dàng hơn

- Giảm bớt được tạm âm mà anten trạm mặt đất thu nhận do can nhiễu từ các hệthống thông tin vô tuyến dưới mắt đất

1.4.2 Các quỹ đạo tròn.

1 Quỹ đạo cực.

Vệ tinh có quỹ đạo tròn và có độ cao khoảng vài trăm đến ngìn km với mặt phẳngquỹ đạo chứa trục quay của trái đất, loại quỹ đạo này đảm bảo rằng vệ tinh có thể đi quacác vùng của trái đất người sữ dụng loại quỹ đạo này cho các vệ tinh quan sát(observation satellite) như vệ tinh SPOT và phủ sóng toàn cầu như chum vệ tinhIRIDUM (gồm 77 vệ tinh)

2 Quỹ đạo nghiêng

Khi măt phẳng quỹ đạo không chứa trục quay trái đất và cũng không vuông gócvới trục của nó Một số vệ tinh được tổ chức thành chum vệ tinh có quỹ đạo dạng trònnay, ở độ cao thấp (cỡ 1000km) có khả năng phủ sóng toàn cầu trực tiếp đến người sữdụng như ( GLOBAL STAR, LEOSAT …)

3 Quỹ đạo xích đạo.

Quỹ đạo này nằm trong mặt phẳng xích đạo của trái đất và các vệ tinh trên quỹđạo này được gọi là vệ tinh địa tĩnh (GEO- geostationary sarellite) Độ cao quỹ đạo là 35768km vệ tinh trong trường hợp này xuất hiện như một điểm cố định trên bầu trời vớivùng phủ sóng của vệ tinh là 43% diện tích của bề mặt trái đất ba vệ tinh vệ tĩnh trongtrường hợp này có thể phủ sóng toàn cầu

Việc lựa chọn quỹ đạo nào trong thực tế còn phụ thuộc vào các ứng dụng cụ thể,

độ can nhiễu mà hệ thống có thể chấp nhận được

Để vệ tinh có thể giữ nguyên vị trí của mình tong quỹ đạo đã được xác định, người

ta sử dụng một trong hai kĩ thuật ổn định đó là ổn định quay hoặc ổn định ba trục

1.5 Cấu trúc một hệ thống thông tin vệ tinh.

Cấu trúc của một hệ thống thông tin vệ tinh gồm hai phần: phần không gian ( spacesegment) và phần mặt đất ( ground segment) Hình 1-3 mô tả cấu trúc tổng quát của một

hệ thống thông tin vệ tinh

1.5.1 Phần không gian

Phần không gian bao gồm vệ tinh cùng các thiết bị đặt trong vệ tinh và hệ thốngcác trang thiết bị đặt trên mặt đất để kiểm tra, theo dõi và điều khiển vệ tinh (các hệ thốngbám, đo đạc và điều khiển) bản thân vệ tinh bao gồm phần tải( payload) và phần nền( platform) Phần tải bao gồm các anten thu/phát và tất cả các thiết bị điện tử phục vụ choviệc truyền dẫn các sóng mang Phần nền bao gồm tất cả các hệ thống phục vụ cho phầntải hoạt động ví dụ như: cấu trúc vỏ và khung, nguồn cung cấp điện, điều khiển nhiệt độ,điều khiển hướng và quỹ đạo, thiết bị đẩy, bám, đo đạc …

Các sóng vô tuyến được truyền từ trạm mặt đất lên vệ tinh được gọi là tuyến lên(uplink ) Vệ tinh lại truyền các sóng vô tuyến sau khi đã biến đỗi tần số và khuếch đại tớicác trạm thu vệ tinh đặt trên mặt đất và được gọi là tuyến xuống (downlink)

Chất lượng của một liên lạc qua sóng vô tuyến đó được xác định bởi thông số sóngmang trên tạp âm (C/N) chất lượng của tổng thể tuyến liên lạc từ trạm mặt đất này đếntrạm mặt đất khác được quyết định bởi chất lượng của tuyến lên và tuyến xuống trong đóbao gồm cả kĩ thuật điều chế và mã hóa được sữ dụng

Trong mỗi vệ tinh được đặt một số bộ phát đáp ( transponder) để thu tín hiệu từtuyến lên, biến đổi tần số, khuếch đại công suất và truyền trở lại trên tuyến xuống.

Hình 1.4 Sơ đồ khối chức năng của bộ phát đáp đơn giảnHình 1.4 mô tả sơ đồ khối chức năng của một bộ phát đáp đơn gian, ở đây không

có nhiệm vụ giải điều chế tín hiệu thu được và cũng không xữ lý tín hiệu nó chỉ đóng vaitrò như bộ chuyển đổi xuống có hệ số khuếch đại công suất lớn bộ khuếch đại công suấttrong bộ phát đáp thường dùng 2 loại: khuếch đại dùng đèn sóng chạy( TWTA- TravelingWave Tube Amplifier) và khuếch đại dùng bán dẫn transistor (SSPA – Solid State PowerAmplifier) Công suất bão hòa tại đầu ra của TWTA thường là từ 20W đến 200W và củaSSPA thường là từ 20W đến 40W trong các vệ tinh loại mới được trang bị các bộ phátđáp đa chum tia( multibeam satellite transponder ) và các bộ phát đáp tái sinh ( regrativetransponder ) Do hạn chế về kích thước và trọng lượng cho nên các anten thu phát của bộphát đáp thường có kích thước nhỏ và do đó độ tăng ích của anten trong trường hợp này

 Thay đổi tần số sóng mang (giữa thu và phát) nhằm tránh hiện tượng một phầncông suất phát tác động trở lại phía đầu thu Khả năng lọc của các bộ lọc đầu vào đối vớitần số tuyến xuống kết hợp với độ tăng ích thấp của anten, giữa đầu ra phát và đầu vàothu cần đảm bảo sự cách biệt khoảng 150dB.

Tuy nhiên khi xem xét một vệ tinh cụ thể thì có thể có một số chức năng khác Ví

dụ, đối với vệ tinh có nhiều búp sóng hoặc búp sóng quét thì bộ phát đáp vệ tinh phải cókhả năng tạo tuyến sóng mang đến các vùng phủ sóng yêu cầu trong trường hợp đối với

vệ tinh tái sinh thì bộ phát đáp còn them chức năng đều chế và giải điều chế

Phần tải (payload) của vệ tinh truyền thông được đặc trưng bởi các thông số kĩthuật trong từng băng tần công tác như sau:

 Băng tần công tác

 Số lượng bộ phát đáp

 Độ rộng dãi thông của mỗi bộ phát đáp

 Phân cực của tín hiệu đường lên và đường xuống

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

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

 Hệ số phẩm chất G/T của máy thu vệ tinh tại biên của vùng phủ sóng hoặc giá trịcực đại

 Vùng phủ sóng

 Công suất đầu ra của bộ công suất phát

 Cấu hình dự phòng cho máy thu và bộ khuếch đại công suất cao

1.5.2 Phần mặt đất

Phần mặt đất bao gồm tất cả các trạm mặt đất và chúng thường được nối với cácthiết bị của người sử dụng thông qua các mạng mặt đất hoặc trong trường hợp sử dụngtrạm VSAT ( Very Small Aperture Terminal ) thì có thể liên lạc trực tiếp tới thiết bị đầucuối của người người sử dụng các trạm mặt đất được phân loại tùy thuộc vào kích cỡtrạm và loại hình thông tin được truyền cũng như xử lý ( thoại, hình ảnh hoặc dữ liệu)

có thể có các trạm mặt đất vừa thu vừa phát nhưng cũng có trạm mặt đất chỉ làm nhiệm

vụ thu ( trạm TVRO – Television Receiver Only) Các trạm mặt đất lớn được trang bịanten có đường kính 30m – 40m, trong khi đó các trạm mặt loại nhỏ chỉ dùng antenđường kính 60cm hoặc thậm chí có thể nhỏ hơn ( các trạm di động, các máy cầm tay) hình 1-4b mô tả một mặt đất đơn giản bao gồm cả thu và phát

Hình 1-4b Cấu hình của một trạm mặt đấtĐối với một trạm mặt đất cỡ lớn, do độ rộng của búp sóng chính của anten rất hẹpcho nên trạm mặt đất phải cần phải có các thiết bị bám vệ tinh để đảm bảo chất lượngđường truyền ( trục anten hướng đúng vệ tinh) Với các trạm mặt đất cỡ nhỏ do độ búpsóng của anten khá lớn cho nên trong trường hợp này không cần thiết phải có các thiết bịbám sát vệ tinh.

Trong thực tế một bộ phát đáp của vệ tinh có thể phục vụ cùng một lúc nhiều trạmmặt đất khác nhau Đó là nhờ vào phương pháp đa truy nhập kĩ thuật mà trạm mặt đấtdùng để truy nhập bộ phát đáp vệ tinh đó là FDMA, TDMA, CDMA

1.6 Đa truy nhập

Trong các hệ thống thông tin vệ tinh kĩ thuật đa truy nhập là một phương pháp đểcho nhiều trạm sử dụng chung một bộ phát đáp Hiện nay có 3 phương pháp chính đượcdùng đó là:

1.6.1 Đa truy nhập phân chia theo tần số ( FDMA – Frequency Division Multiple Access).

Phương pháp này được sử dụng rộng rãi nhất với hệ thống này mỗi trạm mặt đất

Mỗi sóng mang được phân cách với sóng mang khác bằng những băng tần bảo vệ thíchhợp, sao cho chúng không chồng lấn lên nhau ( hinh 1-5)

Hình 1-5: Đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA)FDMA có thể được sử dụng cho bất kì hệ thống điều chế nào: điều chế tương tựhoặc điều chế số một trạm mặt đất thu chọn lựa các tín hiệu nó cần thông tin bằng một

Hình 1-6: Đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA)Mỗi trạm thu sẽ tách ra những phần sóng mang của chính nó dựa trên cơ sở phânchia theo thời gian trong nhưng tín hiệu nhận được hệ thông TDMA có thể sử dụng tốtnhất công suất vệ tinh và có thể dể dàng thay đổi được dung lượng truyền tải nên hệthống này có ưu điểm là linh hoạt trong việc chấp nhận thay đổi trong thiết lập tuyến.

1.6.3 Đa truy nhập phân chia theo mã ( CDMA – Code Division Multiple Access)

Với đa truy nhập phân chia theo mã ( CDMA ) các trạm của mạng phát liên tục vàcùng phát trên một băng tần như nhau của kênh Nhưng các sóng mang này trước đó đãđược điều chế bằng một mẫu bit đặc biệt quy định cho mỗi trạm mặt đất trước khi pháttín hiệu điều chế Do đó ở loại đa truy nhập này ngay cả khi có nhiều tín hiệu điều chếđược đưa vào bộ phát đáp, thì trạm mặt đất thu có thể tách tín hiệu từ các tín hiệu khácbằng cách sử dụng một mẫu bít đặc biệt để thực hiện quá trình giải điều chế

Các tín hiệu từ tất cả các trạm đều có cùng một vị trí trong bộ phát đáp cả về thờigian lẫn tần số ở phía thu thực hiện quá trình trải phổ ngược sử dụng mã giống như mãtrải phổ sử dụng ở phía phát và lấy ra tín hiệu ban đầu Điều này cho phép chỉ thu các tínhiệu mong muốn ngay cả khi các sóng mang trải phổ với các mã khác đến cung thời gian( hình 1-7)

Hình 1-7 Đa truy nhập phân chia theo mã ( CDMA )

Ưu điểm của hệ thống CDMA là hoạt động đơn giản, do nó không đòi hỏi bất kì

sự đồng bộ truyền dẫn nào giữa các trạm đồng bộ duy nhất là đồng bộ của máy thu vớichuổi của sóng mang thu được kĩ thuật này đạt hiệu quả trong việc chống lại sự cannhiễu từ hệ thống khác và can nhiễu do hiện tượng đa đường truyền Nhược điểm là hiệusuất thấp

Bảng 1-1 tóm tắc ưu điểm và nhược điểm của các hệ thống đa truy nhập khác nhau

FDMA

-Thủ tục nhậpđơn giản

phương tiện trạmmặt đất đơn giản

-Thiếu linhhoạt trong thay đổithiết lập tuyến

-Hiệu quả thấpkhi số sóng mangtăng

-Dễ dàng ứngdụng việc phânphối theo yêu cầu

TDMA

-Hiệu quả sửdụng tuyến caothậm chí khi tăng

số các trạm truynhập

-Linh hoạt caotrong việc thay đổithiết lập tuyến

-Yêu cầu đồng

bộ cụm

-Công suấtphát cần thiết củatrạm mặt đất cao

-Có thể ứngdụng SS-TDMAnếu có thể

CDMA

-Chịu đượcnhiễu và méo

-Chịu sự thayđổi các thông sốkhác nhau củađường truyền-Bảo mật tiềngnói cao

Hiệu quả sửdụng băng tầnkém

đường truyền vớibăng tần lớn

-Phù hợp vớicác hệ thống cócác trạm nhỏ

Ngoài ra còn có thể sử dụng một trong các kĩ thuật sau:

1 Chế độ đa truy nhập gán cố định (FAMA- Fixed Assigned Multiple Access)

2 Chế độ đa truy nhập gán theo nhu cầu (DAMA – Demand Assigned MultipleAccess)

3 Đa truy nhập phân chia theo thời gian chuyển mạch vệ tinh ( SS-TDMA)

Với đa truy nhập gán cố định, các kênh vệ tinh được phân bố cố định cho tất cảcác trạm mặt đất khác nhau, bất chấp có hay không có các cuộc gọi phát đi, còn đa truynhập gán theo nhu cầu thì các kênh vệ tinh được sắp xếp lại mỗi khi có yêu cầu thiết lậpkênh từ các trạm mặt đất có liên quan

Với các vệ tinh SS-TDMA các anten chùn hẹp khác nhau được chuyển mạch tại thờiđiểm thích ứng trong chu kì khung TDMA để hướng các chùm phát và thu theo hướngmong muốn

CHƯƠNG 2 : SÓNG VÔ TUYẾN ĐIỆN 2.1 Tần số và các đặc tính của sóng vô tuyến điện trong thông tin vệ tinh

2.1.1 Sóng vô tuyến và tần số

Sóng vô tuyến là một bộ phận của sóng điện từ và giống như sóng ánh sáng, tiahồng ngoại, tia X… Sự khác nhau giưa chúng chỉ là tần số Sóng vô tuyến được quyđịnh là những sóng điện từ có tần số nhỏ hơn 3000GHz Các sóng có tần số từ 3kHz đến270GHz được phân định cho nhiều mục đích khác nhau Các tần số sử dụng trong thôngtin vệ tinh hiện nay nằm trong khoảng 1GHz đến 30GHz

2.1.2 Các tần số sử dụng cho thông tin vệ tinh cố định.

từ phẳng có các dạng phân cực như : phân cực elip, phân cực tròn, phân cực thẳng ( hình2)

2.2.4 Phân cực thẳng.

Sóng vectơ cường độ điện trường luôn hướng song song theo một đường thẳngtrong quá trình truyền sóng gọi là sóng phân cực thẳng hay phân cực tuyến tính Tùy theohướng của vectơ điện trường ta có phân cực ngang hoặc phân cực đứng

2.3.1 Khái niệm về sự lan truyền song vô tuyến trong thông tin vệ tinh.

Có những vấn đề khác nhau liên quan tới sự lan truyền sóng vô tuyến trong thôngtin vệ tinh vì việc phát và thu sóng thực hiện giữa một trạm mặt đất và một vệ tinh thôngtin ở một cự li khá xa (35687km) Vấn đề lớn nhất là tổn hao khi truyên giữa trạm mặt đất

và vệ tinh Có thể nói rằng công nghệ thông tin vệ tinh luôn luôn được cải tiến để khắcphục được tổn hao lan truyền Ngoài tổn hao truyền lan ra Sóng vô tuyến sử dụng trongthông tin vệ tinh còn chịu ảnh hưởng của các tác động như tổn hao do hấp thu của tầngđiện li, khí quyển và mưa cũng như tạp âm gây ra từ bên ngoài bởi tầng điện ly, khíquyển, mưa và mặt đất

2.3.2 Tổn hao trong không gian tự do

Trong thông tin vệ tinh, sóng vô tuyến đi qua khoảng không vũ trụ (gần như chânkhông) Trong một môi trường như vậy, có rất ít các chất có thể suy hao sóng hoặc làmlệch hướng lan truyền của nó Sự suy hao sóng gây ra chỉ do sự khuếch đại tự nhiên của

nó Môi trường như vậy được gọi là không gian tự do Khi sóng vô tuyến truyền trongkhông gian tự do có suy hao được tính theo công thức:

Ltd= ¿)2Trong đó d[km]: chiều dài của một tuyến lên hay xuống

λ[m]: bước sóng công tác

Ltd[dB]: suy hao trong không gian tự do

Từ biểu thức trên ta thấy rằng tổn hao trong không gian tự do tỉ lệ bình phươngvới khoảng cách lan truyền sóng

Trong thông tin vệ tinh, vì hầu hết sự lan truyền song xảy ra trong không gian làchân không, do đó tổn hao truyền sóng có thể coi như bằng tổn hao không gian tự do.Tuy nhiên khoảng cách truyền sóng là rất lớn nên gây ra tổn hao rất lớn ( khoảng 200dBvới tần số khoảng 6GHz) Vì vậy nên cần sử dụng các máy phát công suất lớn và máy thu

có độ nhạy cao cũng như anten thu và phát có hệ số tăng ích lớn

2.3.3 Cửa sổ vô tuyến.

Trong một số trường hợp, các sóng vô tuyến truyền đến hay đi từ các vệ tinh thôngtin, ngoài ra còn chịu sự ảnh hưởng của tầng điện ly và khí quyển đến tổn hao lan truyên

do cự li xa

Sóng truyền đi từ vệ tinh và trạm mặt đất bị ảnh hưởng bởi tầng điện li khi tần sốthấp và bị ảnh hưởng do mưa khi tần số cao Đồ thị hình 2-1 chỉ ra đặc tính tần số suyhao do tầng điện ly và do mưa

Hình 2-1 Cửa sổ vô tuyến

Từ đồ thị này ta thấy các tần số nằm ở khoảng giưa 1GHz và 10GHz thì suy hao

do tầng điện ly và mưa là không đáng kể, do vậy băng tần này được gọi là “cửa sổ vôtuyến”.Nếu ta sử dụng tần số nằm trong khoảng này thì tổn hao lan truyền gần như bằngtổn hao trong không gian tự do, vì vậy cho phép thiết lập các kênh thông tin vệ tinh ổnđịnh

2.3.4 Tạp âm trong lan truyền song vô tuyến.

Các chất khí của khí quyển và mưa không chỉ hấp thụ sóng mà còn là các nguồnbức xạ tạp âm nhiệt Tạp âm do các chất khí trong khí quyển ảnh hưởng không nhiều đến

sự lan truyền sóng so với suy hao, lớn hơn do tạp âm gây ra do mưa Vì vậy khi thuyết kếcác kênh thông tin, ngoài việc giảm suy hao sóng phải tính thêm tạp âm do mưa Hình 2-

2 chỉ ra tạp âm do mưa

Hình 2-2 Tăng tạp âm do mưa.

Cũng có tạp âm mặt đất phát sinh trong khi lan truyến sóng Đây là tạp âm nhiệtgây ra bởi trái đất, nhiệt tạp âm gần như nhiệt độ của trái đất Nhiệt độ tạp ân mặt đấtkhoảng 250oK đến 300oK và ảnh hưởng chủ yếu đến trạm vệ tinh

2.3.5 Sự giảm khả năng tách biệt phân cực chéo do mưa.

Trường điện từ của sóng có hướng giao đông khác nhau: hai sóng có điện trườngvuông góc với nhau đôi khi kết hợp lại thành một và tạo ra một sóng “phân cực chéo”.Một sóng như vậy có thể dùng một anten để tách ra các sóng riêng biệt Tuy nhiên, khisóng đi qua mưa, hình dẹp của các hạt mưa đôi khi làm nghiêng phân cực chéo, do đósinh ra các thành phần vuông góc hỗn hợp trên thành phần mong muốn được gọi là “ sựtách biệt phân cực chéo”

2.3.6 EIRP: Công suất bức xạ đẳng hướng tương đương (đặc trưng khả năng phát).

Tích số giữa hệ số tăng ích của anten và công suất máy phát cung cấp cho antengọi là công suất bức xạ đẳng hướng tương đương (EIRP) đây là thông số cơ bản biểu thịkhả năng của một trạm phát

PEIRP=PT GT

2.3.7 G/T : Đặc trưng độ nhạy máy thu.

1 Tạp âm nhiệt máy thu.

Mặc dù tạp âm trong thông tin vệ tinh do nhiều nguồn tạo ra, nhưng công suất của

nó vô cùng nhỏ Tạp âm nhiệt được dùng làm đơn cị để biểu thị công suất nhỏ như thế.Nếu dùng tạp âm nhiệt (T) thì công suất tạp âm ( P) có biểu thức:

P=kTB (W)Trong đó :

k- Hằng số Boltzmann (k=1,38x10-23 J/oK

B- Độ rộng băng thông (Hz)

T- Nhiệt độ tuyệt đối

Các nguồn tạp âm trong thông tin vệ tinh có thể được phân loại như sau:

-Tạp âm do anten thu được

-Tạp âm máy thu

Trong số các loại tạp âm do anten thu được thì tạp âm vũ trụ gây ra chỉ vài độ K,hầu như không đáng kể Tạp âm khí quyển tăng đặc biệt ở băng sóng milimet là nguyênnhân chủ yếu gây ra tạp âm vũ trụ trong thời tiết tốt Tạp âm do mưa tăng theo cường độmưa

Tạp âm từ một búp sóng phụ là do anten thu tiếp nhận bằng búp sóng phụ mộtlượng tạp âm từ mặt đất và khí quyển Giá trị tạp âm này phụ thuộc vào góc ngẩng và tầnsố

Tạp âm từ hệ thông tiếp sóng, sinh ra do tổn hao ở hệ thống tiếp sóng Vì tổn haonày không những làm suy giảm tín hiệu đầu vào, mà còn sinh ra tạp âm, do đó máy thuđặt càng gần anten càng tốt để giảm tổn hao và tạp âm

2 G/T (Hệ số phẩm chất của thiết bị thu)

Tỉ số của hệ số tăng ích trên tổng tạp âm nhiệt được kí hiệu là G/T và tỉ số nàybiểu thị cho chất lượng độ nhạy của trạm thu G/T được dùng như một hệ số chất lượngcho toàn bộ hệ thống thu bao gồm cả anten Đơn vị sử dụng là dBm/oK

2.3.8 Sự nhiễu loạn do các sóng can nhiễu

Hầu hết các băng tần ấn định cho thông tin vô tuyến vũ trụ thì cũng được ấn địnhcho thông tin vô tuyến trên mặt đất do đó có 4 loại can nhiễu giữa các hệ thống có thể xảyra:

- Một vệ tinh can nhiễu với một trạm vệ tinh mặt đất

- Một trạm vệ tinh mặt đất can nhiễu với một vệ tinh

- Một trạm truyền thông mặt đất can nhiễu với một vệ tinh

- Một trạm truyền thông mặt đất can nhiễu với một trạm vệ tinh mặt đất

Hình 2-3 mô tả các dạng can nhiễu

Hình 2-3 Can nhiễu từ các vệ tinh khác và hệ thống vi ba trên mặt đất.

Nhằm để giảm bớt sự can nhiễu có thể xảy ra Các tổ chức đưa ra các khuyến nghịsau:

 Hạn chế mật độ thông lượng năng lượng tạo ra trên mặt đất của vệ tinh

 Hạn chế EIRP phát từ các trạm truyền thông trên mặt đất theo hướng về quỹ đạo

vệ tinh địa tĩnh

 Hạn chế góc ngẩng nhỏ nhất của anten trạm vệ tinh mặt đất