Chương 2 TÍN HIỆU VÀ CÁC ĐẶC TRƯNG TÍN HIỆU TRONG THÔNG TIN VỆ TINH
2.4 Công suất tạp âm và đánh giá chất lượng đường truyền
2.4.1. Tạp âm trên tuyến thông tin vệ tinh
Tạp âm là một dạng tín hiệu không chứa nội dung thông tin được trộn lẫn vào tín hiệu. Nó làm giảm độ chính xác của việc phục hồi nội dung thông tin tại máy thu. Nguồn gây ra tạp âm có thể là:
- Tạp âm được phát ra từ những nguồn bức xạ tự nhiên trong vùng thu sóng của ăng ten.
- Tạp âm được tạo ra bởi các thành phần điện tử trong bản thân thiết bị.
Các tín hiệu từ máy phát khác mà không phải là thông tin cần truyền cũng được coi là tạp âm, tạp âm này được gọi là nhiễu.
Đặc trưng của tạp âm
26
Công suất tạp âm gây hại là những nguồn công suất tạp âm xuất hiện trong độ rộng dải tần của tín hiệu hữu ích. Thông thường sự xuất hiện đó được xem xét ở phía máy thu. Dạng tạp âm thường xuất hiện nhiều nhất là tạp âm trắng, có mật độ phổ công suất N0 (W/Hz) và có mức đồng đều trong băng tần. Trong thực tế tạp âm trắng không phải có mật độ phổ công suất là hằng số.
Tạp âm nhiệt
Là tạp âm của bản thân thiết bị. Công suất tạp âm nhiệt được tạo ra bởi một thiết bị cụ thể được biểu thị bởi biểu thức:
N = kTB (W) (22)
Trong đó k = 1.38.10-23 J/K hoặc k = -228.6 dBW/K/Hz là hằng số Bolzmann T là nhiệt độ tạp âm của thiết bị (độ K)
B là độ rộng băng tần (Hz) Tạp âm từ mặt đất
Nhiệt độ tạp âm của ăng ten của một trạm mặt đất là do sự hỗn hợp của hai nguồn tạp âm: tạp âm vũ trụ Tkg và tạp âm do ăng ten thu các tín hiệu không mong muốn từ vùng xung quanh Tmt:
Ta = Tkg + Tmt.K (23)
Các nguồn tạp âm không mong muốn thường được biểu diễn dưới dạng nhiệt độ chói Tch. Như vậy nhiệt độ tạp âm của ăng ten là sự chồng nhau của độ lợi ăng ten và nhiệt độ chói [1]:
2
0 0
1 , , , ( )
a 4 ch
T G T d K
(24)
Trong đó Tch , là nhiệt độ chói (K) của một vật thể bức xạ theo hướng
, .
,
G là đặc trưng cho độ lợi ăng ten ở góc ngẩng và góc phương vị . d là góc đầy phần tử theo hướng .
Các nguồn tạp âm không gian là mặt trời, mặt trăng, hấp thụ của ô xi, của hơi nước và mưa. Mặt trời có nhiệt độ trên 10000K ở tần số dưới 10GHz và do đó ăng ten các trạm mặt đất thường tránh hướng về mặt trời. Mặt trăng có nhiệt độ chói
27
khoảng 200K. Tạp âm nền vũ trụ có giá trị khoảng 3K và không phụ thuộc vào tần số.
Các nguồn quan trọng nhất của tạp âm không gian là hấp thụ do các chất khí và do mưa trong tầng khí quyển. Việc tăng giảm nhiệt độ tạp có quan hệ với tần số và góc ngẩng. Khi tính toán trong điều kiện trời trong, nhiệt độ tạp âm có giá trị trong khoảng 15 – 30 K ở tần số từ 4 – 11 GHz ở góc ngẩng 100.
Tạp âm từ mặt đất là do việc thu các tín hiệu không mong muốn thông qua các múi phụ của ăng ten và một phần tử múi chính của ăng ten. Điều đó yêu cầu phải cân nhắc, khi ăng ten làm việc với vệ tinh ở góc ngẩng thấp (nhỏ), nhỏ hơn 100. Nếu góc ngẩng của ăng ten tăng thì cường độ của nhiệt độ mặt đất tác động đến nhiệt dộ tạp âm ăng ten cũng sẽ giảm đáng kể.
2.4.2. Chất lượng đường truyền vệ tinh
Chất lượng đường truyền vệ tinh – mặt đất được đánh giá qua hai thông số sau: tỉ số công suất sóng mang trên công suất tạp âm C/N0 và tỉ số năng lượng Bit trên mật độ tạp âm Eb/N0.
Tỉ số công suất sóng mang trên công suất tạp âm
Tỉ số công suất sóng mang trên công suất tạp âm được tính theo biểu thức [2]:
1 1 4
R T T
p
G C P G
N T R kB A
(25)
Hoặc biểu thị dưới dạng dB:
0
10lg T T 20lg 4 10lg 10lg p 10lg ( )
C R G
P G A kB dBWHz
N T
(26)
Trong đó:
N0 là mật độ công suất tạp âm và có giá trị bằng N – 10lg(B) tính về một phía.
10lgAp đặc trưng cho tổn hao khí quyển.
Tỉ số năng lượng Bit trên mật độ tạp âm
28
Người ta sử dụng khái niệm tỉ số năng lượng Bit trên mật độ tạp âm Eb/N0 để
đo khả năng phục hồi dữ liệu khi có nhiễu. Tỉ số này càng lớn thì BER (Bit Error Rate: tỉ lệ bit lỗi) càng nhỏ [2].
0
.Eb S R
N B N (27)
Nếu băng tần để truyền được một bit rộng 1Hz thì:
S/N = Eb/N0 (28)
0
10lg1 C C
N N B (29)
inf
0 0
10lgR 10lg
b
noise
E
C B
N N (30)
Trong đó:
B: băng thông truyền dữ liệu tốc độ bit R (b/s).
Bnoise: băng thông nhiễu của kênh.
Rinf: tốc độ tín hiệu.
C: công suất sóng mang tại đầu vào (W).
Eb: năng lượng trên bit.
29