Báo cáo bài tập lớn môn Hệ thống viễn thông Đề tài: Viết phần mềm tính toán các tham số trong thông tin vệ tinh

1. Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
Viện Điện Tử - Viễn Thông
====o0o====
Báo cáo bài tập lớn
Hệ Thống Viễn Thông
Đề tài: Viết phần mềm tính toán các tham số trong
thông tin vệ tinh
Giáo viên hướng dẫn: TS. Nguyễn Thành Chuyên
TS. Phùng Thị Kiều Hà
Thành viên nhóm :
Dương Văn Hoàn Điện tử viễn thông 08 – K56 20111601
Nguyễn Mạnh Thế Điện tử viễn thông 06 – K56 20112240
Lê Doãn Hoàng Điện tử viễn thông 01 – K56 20112606
Đào Minh Ngọc Điện tử viễn thông 10 – K56 20111905
Vũ Trọng Lực Điện tử viễn thông 09 – K56 20111774
Hà Nội, tháng 5/2015

2. MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH ẢNH.......................................................................................................4
BẢNG PHÂN CÔNG CHIA VIỆC .......................................................................................1
A. LỜI NÓI ĐẦU.....................................................................................................................2
B. NỘI DUNG ..........................................................................................................................3
I. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH..........................................3
1.1. Tuyến thông tin vệ tinh ........................................................................................3
1.2. Vệ tinh địa tĩnh.......................................................................................................6
II. CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN TRÊN TUYẾN TRUYỀN THÔNG TIN VỆ TINH8
2.1. Các mức công suất.................................................................................................8
2.2. Các loại suy hao....................................................................................................10
2.3. Nhiễu trên tuyến thông tin.................................................................................17
III. Xây dựng phần mềm tính toán quĩ công suất,tăng ích anten, EIRP, suy hao và các
tham số khác của đường truyền....................................................................................... 26
C. KẾT QUẢ...........................................................................................................................31
D.KẾT LUẬN.........................................................................................................................34
TÀI LIỆU THAM KHẢO .....................................................................................................35

3. DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1: Sơ đồ đường thông tin vệ tinh[9]. .........................................................................3
Hình 1.2. Anten gương parabol[3]. ........................................................................................4
Hình 1.3: Hệ số tăng ích ở các hướng khác nhau[1]............................................................6
Hình 1.4. Quĩ đạo vệ tinh địa tĩnh[6]. ....................................................................................6
Hình 2.1. Mô tả anten đẳng hướng[1]....................................................................................8
Hình 2.2. Anten thực bức xạ vùng A[1]. ...............................................................................9
Hình 2.3. Tính mức công suất thu[1]. ....................................................................................9
Hình 2.4: Tính suy hao thu phát[1]. .....................................................................................10
Hình 2.5: Suy hao do anten thu phát lệnh nhau[1].............................................................11
Hình 2.6: Lượng mưa trung bình (mm/h) của các vùng trên thế giới[7].........................13
Hình 2.7. Tính suy giảm do mưa của CCIR[7]...................................................................14
Hình 2.8. Lượng mưa R0.01 (mm/h) vượt quá 0.01% của một năm trung bình[1]..........16
Hình 2.9. Toán đồ xác định suy hao trên một đơn vị chiều dài trong mưa γR (dB/Km)[8].
...................................................................................................................................................17
Hình 2.10. Mật độ phổ công suất nhiễu N0[1]. ...................................................................18
Hình 2.12. Nhiệt độ nhiễu của hệ thống[1].........................................................................20
Hình 2.15. Nhiễu từ bầu trời và mặt đất đến anten[4]. ......................................................23
Hình 2.16. Nhiệt độ nhiễu trên hệ thống thu[1]..................................................................24

4. 1
BẢNG PHÂN CÔNG CHIA VIỆC
STT Tên Nhiệm vụ
1 Dương Văn Hoàn Viết code lõi chương trình ( Bao gồm các hàm tính toán
các thông số của hệ thống thông tin vệ tinh).
2 Nguyễn Mạnh Thế Viết code chương trình ( Bao gồm sửa lỗi hàm lõi, tối
ưu các hàm và viết giao diện).
3 Lê Doãn Hoàng Trưởng nhóm
Phân công công việc cho các thành viên trong nhóm
Nghiên cứu và phân tích lý thuyết hệ thống thông tin vệ
tinh.
Tổng hợp và viết báo cáo.
4 Đào Minh Ngọc Phân tích và tính toán bài toán thực tế. So sánh kết quả
lý thuyết với mô phỏng.
Viết báo cáo.
5 Vũ Trọng Lực Nghiên cứu lý thuyết hệ thống thông tin vệ tinh và viết
báo cáo.

5. 2
A. LỜI NÓI ĐẦU
Trong những thập kỉ gần đây, các hệ thống thông tin vệ tinh ngày càng có sự phát
triển nhanh chóng. Bằng các hệ thống thông tin vệ tinh, con người có thể thu nhận hoặc
trao đổi thông tin với bất kì nơi nào trên Trái Đất. Hiện nay với hàng loạt các loại hình
dịch vụ do vệ tinh cung cấp như cho thuê dung lượng vệ tinh, hoặc dung lượng lẻ; cung
cấp các dịch vụ trọn gói như: VSAT, thoại, truyền hình, phát thanh ở vùng sâu vùng xa,
truyền số liệu, Internet, hội nghị truyền hình, đào tạo từ xa, y tế từ xa… Thông tin vệ
tinh có thể cung cấp không những các dịch vụ dân sự mà cả các dịch vụ quốc phòng, an
ninh, hàng không, hàng hải, thăm dò địa chất… Với việc phóng Vinasat 1 vào năm 2008
và Vinasat 2 vào 2012, các dịch vụ viến thông, phát thanh, truyền hình và các dịch vụ
truyền dẫn khác đã được phát triển nhiều hơn, thuận lợi hơn, đông thời khẳng định được
vị thế của Việt Nam trên trường quốc tế.
Trong thời gian qua, nhóm chúng em được giao đề tài “Viết phần mềm tính toán
quỹ công suất , tăng íchanten, EIRP, suy hao và các tham số khác của đường truyền thay
đổi theo các tham số đầu vào trong thông tin vệ tinh”.Đây là một đềtài hay và giúp chúng
em có thể khắc sâu được những kiến thức đã được học trên lớp. Được sự hướng dẫn tận
tình của thầy Nguyễn Thành Chuyên và cô Phùng Thị Kiều Hà, nhóm đã phân chia công
việc và thực hiện nội dung của đề tài được giao. Do kiến thức còn hạn hẹp cho nên việc
thực hiện công việc chắc chắn còn nhiều sai sót, vì vậy nhóm em mong nhận được sự
chỉ bảo thêm của thầy cô để có thể hoàn thiện thêm và phát triển đề tài.

6. 3
B. NỘI DUNG
I. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH
1.1. Tuyến thông tin vệ tinh
Hình 1.1: Sơ đồ đường thông tinvệ tinh[9].
Muốn thiết lập một đường thông tin vệ tinh, trước hết phải phóng một vệ tinh lên qũy
đạo và có khả năng thu sóng vô tuyến điện.Về tinh có thể là vệ tinh thụ động , chỉ phản
xạ sóng vô tuyến một cáchthu động và không khuếch đại và biến đổi tần số. Hầu hết các
vệ tinh thông tin hiện nay là vệ tinh tích cực. Vệ tinh sẽ thu tín hiệu từ trạm mặt đất,
(SES: Satellite Earth Station) biến đổi, khuếch đại và phát lại đến một hoặc nhiều trạm
mặt đất khác.
Tín hiệu từ trạm mặt đất vệ tinh, gọi là đường lên (uplink) và tín hiệu từ trạm mặt từ
vệ tinh về một trạm mặt đất khác đường xuống (downlink). Thiết bị thông tin qua vệ tin
bao gồm một số bộ phát đáp sẽ khuếch đại tín hiệu ở các băng tần nào đó lên một công
suất đủ lớn và phát về mặt đất.
 Anten trong thông tin vệ tinh
Hầu hết các anten trên vệ tinh là loại anten gương parabol, với khẩu độ khác nhau
và phương pháp tiếp điện khác nhau tuỳ theo yêu cầu vùng phủ sóng.
Tuyến lên
Vệ tinh
Trạm mặt đất
Trạm mặt đất
Tuyến xuống

7. 4
Anten gương parabol đối xứng (trục quang của nó là trục đối xứng của gương),
như chỉ ra trên hình 1.2(a)
Hình 1.2. Anten gương parabol[3].
Để tăng hiệu suất, giảm búp phụ dùng anten gương parabol lệchnhư chỉ ra ở hình
1.2(b). Bộ chiếu xạ của anten đặt lệch ra khỏi hướng trục quang, các tia sóng phản xạ từ
mặt gương sẽ không bị bộ chiếu xạ che chắn, không gây ra hiệu ứng che tối làm méo
tính hướng của anten, như chỉ ra trên hình 1.2(b). Anten gương parabol lệch dùng để phủ
sóng “dấu”, với bộ chiếu xạ là anten loa. Phương trình mặt cong parabol có dạng:
Trong toạ độ cực:
 = 2f/(1 - cos) (m) (1.1)
Trong đó:  là bán kính cực có tâm toạ độ trùng với tiêu điểm của gương
 là góc hợp bởi trục quang với phương của điểm bất kỳ nằm trên gương (góc cực)
Trong hệ toạ độ vuông góc thì:
x2 = 4fz (1.2)
Hệ số tăng ích ở hướng cực đại ( = 0):
f (tiêu
cự)
bộ chiếu
xạ
khẩu độ
mặt phản
xạ parabol

o z
x
(b). Anten gương parabol đối xứng (a). Anten parabol gương lệch

8. 5
G = 4A/2 (1.3)
Trong đó A là diện tích mặt bức xạ của anten, với anten gương là diện tích của
miệng gương (m2);  là hiệu suất của anten (  1), thường chỉ đạt tới 0,55 hay 0,6.
Với mặt parabol tròn xoay thì A = d2/4 (d là đường kính miệng gương hay còn
gọi là khẩu độ anten), thay vào công thức 1.3 ta được:
G = (d/)2 (1.4)
G thường được tính theo dB; bước sóng công tác thay bằng tần số công tác f =
c/, đồng thời đổi các thông số trong công thức 1.1 ra đơn vị thường sử dụng ta nhận
được công thức tính hệ số tăng ích của anten gương parabol tròn xoay bằng:
G = 20lgd(m) + 20lgf(GHz) + 10lg + 20,4 (dBi) (1.5)
Ở đây hằng số 20,4 dB/m2GHz2 = 20lg(/c),c = 0,299792458m/ns là vận tốc ánh
sáng, dBi là so sánh với một anten vô hướng (isotropic)bức xạ ở hướng cực đại của anten
parabol lớn hơn G dB.
Trong thực tế hướng cực đại của anten trên vệ tinh chỉ chiếu đúng vào một trạm
mặt đất, còn các trạm khác đều nằm ở một góc lệch nào đó thường quy định trong vùng
phủ sóng của góc nửa công suất (hay trong độ rộng búp sóng 3 dB). Như vậy các trạm
mặt đất nằm trên đường giới hạn của vùng phủ sóng sẽ nhận được công suất tín hiêụ nhỏ
hơn 3 dB so với trạm nằm ở tâm vùng phủ sóng, nghĩa là công suất nhận được giảm đi
một nửa, nếu hai trạm có anten thu giống nhau.
Các trạm nằm trong vùng phủ sóng với góc nửa công suất, nếu hướng thu lệch
một góc  ( < 21/2/2), như chỉ ra trên hình 1.3 thì hệ số tăng ích của anten vệ tinh ở
hướng đó sẽ được tính theo công thức:
G() = Gmax - 12 (/21/2)2 (dBi) (1.6)

9. 6
Góc nửa công suất (21/2) hay còn gọi là độ rộng búp sóng ở mức 3 dB (3dB)
bằng:
21/2 = 70/d (độ) (1.7a)
Đổi bước sóng ra tần số công tác f, với đơn vị GHz được:
21/2 = 21,1/(dmfGHz) (độ) (1.7b)
Từ công thức 1.4 và 1.7a ta rút ra quan hệ giữa hệ số tăng ích của anten ở hướng
cực đại với độ rộng búp sóng ở mức 3 dB bằng:
G = (70/3dB)2 = 48360/2
3dB (1.8)
G ở hướng cực đại tính ở tỷ số, 3dB là góc nửa công suất tính theo đơn vị độ.
1.2. Vệ tinh địa tĩnh
Hình 1.4. Quĩ đạo vệ tinhđịa tĩnh[6].
d
Gmax –3dB
Gmax(dB)
z

21/2
Hình 1.3: Hệ số tăng ích ở các hướng khác nhau[1].

10. 7
Quĩ đạo địa tĩnh (GEO – Geostationary orbit) là một dạng đặc biệt của quĩ đạo
địa dồng bộ, có chu kì quĩ đạo là 23 giờ 56 phút 4,1 giây. Chu kì thời gian đó còn gọi là
ngày thiên văn và chính bằng thời gian mà quả đất quay một vòng quanh trục của nó.
Như vậy, vệ tinh địa tĩnh xem như đứng yên tương đối (địa tĩnh) so với mọi điểm trên
Trái đất. Dạng của quĩ đạo địa tĩnh là tròn, nằm trên mặt phẳng xích đạo và có độ cao so
với mặt đất là khoảng 35786 km.
Ta có thể tính toán được độ cao của vệ tinh bằng các định luật của Kepler và
Newton.
Để vệ tinh chuyển động tròn đều, lực li tâm và lực hướng tâm tác dụng lên vệ tinh
phải cân bằng nhau:
Fht = Flt
Lực tác dụng lên vệ tinh bằng tích của khối lượng và gia tốc:
mvt.ag = mvt.ac
Độ lớn của gia tốc li tâm:
ac = ω2.r
với ω là tốc độ góc của vệ tinh [rad/s], r là khoảng cách từ vệ tinh tới tâm Trái Đất [m]
Độ lớn của tương tác hấp dẫn:
ag = Me.G/r2
với Me là khối lượng Trái đất (5,9737.1024 kg), G là hằng số hấp dẫn (6,67.10-11
N.m2/kg2)
Vì đó ta thu được:
r3 = Me.G/ω2
Tính toán ta thu được r = 42164 km, trừ đi bán kính Trái Đất tại xích đạo
R=6378km, ta nhận được độ cao của vệ tinh địa tĩnh so với mặt nước biển là 35786 km.

11. 8
II. CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN TRÊN TUYẾN TRUYỀN THÔNG TIN VỆ TINH
2.1. Các mức công suất
2.1.1. Công suất bức xạ đẳng hướng tương đương
Cho một anten có hệ số khuếch đại GT = 1, góc đặc là góc được tạo bởi một cung có
độ dài bằng bán kính. Đặt một công suất RF có giá trị PT tại tâm hình cầu khi đó ta có
công suất bức xạ trên một đơn vị góc đặc anten đẳng hướng là:
4
TP
[ w/steradian ] (2.1)
Hướng mà giá trị độ lợi truyền cực đại là GT, bất kỳ anten nào bức xạ trên đơn vị
góc đặc bằng:
4
. TT GP
[ w/steradian ] (2.2)
Hình 2.1. Mô tả anten đẳng hướng[1].
PTGT = EIRP [ W ] (2.3)
+ EIRP (Equivalent Isotropic Radiated Power) gọi là công suất bức xạ đẳng hướng
tương đương
Nếu anten có búp sóng đồ thị phương hướng càng hẹp thì giá trị EIRP của nó càng lớn.
Phát sóng với búp sóng hẹp ngoại mục đích tập trung năng lượng bức xạ theo hướng
Anten đẳng hướng
Công suất bức xạ
trên 1 đơn vị góc đặc
GT = 1
PT

12. 9
mong muốn còn có tác dụng hạn chế nhiễu và giảm tổnhao năng lượng trong môi trường
truyền sóng.
Hình 2.2. Anten thực bức xạ vùng A[1].
PA = (PT GT /4 ) (A/R2) = A PTGT/4 R2 [W] (2.4)
+ Mật độ thông lượng công suất ở cự ly R:
ф = 22
44 R
EIRP
R
GP TT

 [W/m2] (2.5)
Trong đó:
EIRP : Là công suất bức xạ đẳng hướng.
PT : Công suất đưa ra anten phát.
GT: Độ lợi anten phát; trường hợp anten vô hướng GT = 1 (0dB).
ф: Mật độ thông lượng công suất.
Hình 2.3. Tính mức công suất thu[1].
2.1.2. Công suất thu
Độ lớn của công suất bên thu là hàm của công suất bên phát, khoảng cách giữa bên
thu và bên phát, tần số sóng mang và hệ số tăng ích của bên phát và bên thu.
Tính công suất thu PR ở cự ly R:
GT
Area A
Góc đặc A/R2
Ahd
GR
PRPT
GT

13. 10
PR = фAhd = Ahd 22
44 R
EIRP
R
GP TT

 Ahd (2.6)
Ahd =
4
RG
λ2 [m2 ] (2.7)
Trong đó: Ahd : diện tích hiệu dụng của anten thu.
λ : bước sóng thu
Thay (2.6) vào (2.7) có:
PR = 2
4 R
GP TT
 4
RG
λ2 = PTGTGR(
R

4
)2 = PTGTGR
FSL
1
[W] (2.8)
Trong đó LFS = (

R4
)2 là tổn hao trong không gian tự do (2.9)
Do vậy: PR =
FS
RTT
L
GGP
[W] (2.10)
2.2. Các loại suy hao
2.2.1. Suy hao do phi đơ thu phát
Hình 2.4: Tính suy hao thuphát[1].
Suy hao LFTX giữa máy phát và anten phát là suy hao bởi các ống dẫn sóng và các
đầu nối, để anten bức xạ một công suất PT thì công suất tại đầu ra bộ khuếch đại của máy
phát có độ lớn:
PRX
TX
LFTX LFRX RX
Tổn hao do
Feeder phát
Tổn hao do
Feeder thuL
PT PR
GT GR
PTX

14. 11
PTX = PT.LFTX (2.11)
Tính theo dB:
PTX[dB] = PT[dB] + LFTX[dB] (2.12)
Từ đó có thể tính công suất bức xạ đẳng hướng hiệu dụng:
EIRP = PTGT =
FTX
TTX
L
GP
[w] (2.13)
Suy hao giữa máy thu và anten thu là suy hao tạo nên bởi các phi đơ dẫn sóng và
các đầu nối. Công suất PRX tại đầu vào máy thu có độ lớn như sau
PRX =
FRX
R
L
P
[w] (2.14)
Tính theo dB: PRX[dB] = PR[dB] - LFRX[dB] (2.15)
2.2.2. Suy hao do anten thu phát lệch nhau
Khi anten phát và thu lệchnhau thì sẽ tạo ra suy hao vì búp sóng chính của anten thu
không hướng đúng chùm tia phát xạ của anten phát, ta biểu diễn hai loại suy hao bằng
công thức sau:
Hình 2.5: Suy hao do anten thu phát lệnh nhau[1].
LT = 10 lg e
2
3
)(76.2
dB
T


= 12(
dB
T
3

)2 [dB] (2.16)
T R
GT GR
PRPT

15. 12
LR = 10 lg e
2
3
)(76.2
dB
R


= 12(
dB
R
3

)2 [dB] (2.17)
dB3 =
Df
C
D
7070


[degrees] (2.18)
Trong đó : D: đường kính anten parabol.
C = 3.108 : tốc độ truyền sóng
λ : bước sóng
f: tần số sóng
2.2.3. Suy hao do không thu đúng phân cực
Loại suy hao này xảy ra khi anten thu không đúng hướng phát cùng với phân cực
sóng máy thu, ví dụ đối với sóng điện từ phát đi phân cực tròn thì chỉ trên trục bức xạ
của anten sóng mới có phân cực tròn, ngoài trục bức xạ phân cực biến dạng thành ellip,
khi truyền trong môi trường khác nhau (đặc biệt trong mưa) phân cực bị biến đổi.
Nếu gọi σ là góc giữa hai mặt sóng thì suy hao do lệch phân cực được biểu diễn:
LPOL = 20 lg(cosσ) [dB] (2.19)
Thường lấy góc lệch beam 3 dB trong phân cực tròn.
2.2.4. Suy hao do khí quyển
L = LFSLA (2.20)
LA: Suy hao do khí quyển bao gồm suy hao trong tầng điện ly (chủ yếu là suy hao
trong mây từ) và suy hao trong tầng đối lưu (chủ yếu suy hao trong chất khí O2 và hơi
nước H2O)

16. 13
2.2.5. Suy hao do mưa và mây
Nước ta mưa nhiều nên việc thu sóng vệ tinh cũng bị ảnh hưởng không ít. Theo Hình
2.6, Việt Nam nằm ở vùng quy định N của ITU. Bảng 1 là lượng mưa trung bình ở vùng
châu Á-Thái Bình Dương.
Suy hao do mưa Arain được tính theo công thức:
Arain = γRLe [dB] (2.21)
Trong đó γR: Suy hao trên một đơn vị dài (dB/Km), γR phụ thuộc tần số sóng mang
và lượng mưa RP (mm/h). γR được xác định từ nomogram. Kết quả sẽ là giá trị suy giảm
theo phần trăm trong năm (p)
Le: Chiều dài thực của đoạn đường sóng đi qua mưa (Km)
Hình 2.6: Lượng mưa trung bình (mm/h) của các vùng trên thế giới[7].

17. 14
Bảng 1: Lượng mưa tương ứng với tổng thời gian suy giảm tín hiệu do mưa trung bình
trong năm[7].
1 năm = 8.760 h; 0,3% của 1 năm = 26,28h.
99,7% được tính trong vùng mưa N đòi hỏi máy thu dự trữ đủ trên mức ngưỡng ứng với
lượng mưa nhỏ hơn 15 mm/h.
Hình 2.7. Tính suy giảm do mưa của CCIR[7].
Tính toán Arain:
+ Tính độ cao mưa hR (Km), hình 2.7
hR = 3 + 0.028 nếu 00 < υ <360 (2.22)
hR = 4 – 0.075 ( υ - 360) nếu υ ≥ 360 (2.23)
υ: Là vĩ độ.
Trạm mặt đất
Trạm không gian
hr - hr
hR
LS
e
LG

18. 15
+ Tính đoạn đường nằm nghiêng đi qua mưa LS: hình 2.7
LS =
e
hh SR
sin

[Km] (2.24)
Với:
e : góc ngẩng của trạm mặt đất, e > 50
hS : Là độ cao anten trạm mặt đất so với mực nước biển (Km)
+ Tính toán chiều dài hình chiếu LG của chiều dài nghiêng đi qua mưa LS:
LG = LScos e [Km] (2.25)
+ r0.01 là hệ số rút gọn đoạn đường đối với 0.01% thời gian toán đồ
tính khi lượng mưa không đồng đều.
r0.01=
e
L
L
O
S
cos1
1

(2.26)
Ở đây LO = 35e -0.015R [Km] (2.27)
Hoặc r0.01 =
GL045.01
1

[Km] (2.28)
Xác định tỷ lệ mưa (R0.01) vượt quá 0.01% của một năm trung bình từ Bảng 1 cho
trạm mặt đất
+ Tính quãng đường thực tế sóng đi qua mưa sẽ là
Le = LS . r0.01 [Km] (2.29)
+ Tính toán suy hao đơn vị chiều dài trong mưa γR (dB/Km) được xác định từ toán
đồ hình 2.9
+ Suy hao vượt quá A0.01 0.01% của một năm trung bình là:

19. 16
A0.01 = γR Le [dB] (2.30)
+ Suy hao vượt quá (AP ) đối với tỷ lệ mưa (RP) vượt quá p% thời gian của một
năm trung bình. p = 0.001% - 1% nhận từ A0.01 (dB) theo công thức sau:
AP = A0.01 x 0.12p-(0.546 + 0.43lgp) [dB] (2.31)
+ Suy hao vượt quá đối với phần trăm thời gian pW của tháng xấu nhất cho bởi AP
trong đó:
p = 0.3(pW)1.15 [%] (2.32)
Giá trị có ích : pW = 0.3% ( ≈ 2 giờ/tháng) p = 0.075%.
Đối với những giá trị lớn hơn phần trăm tháng thứ nhất của thời gian.
(p = 20%) suy hao do mưa thường đủ nhỏ để có thể bỏ qua (trong điều kiện bầu trời
trong sáng).
Hình 2.8. Lượng mưa R0.01(mm/h) vượt quá 0.01% của một năm trung bình[1].

20. 17
Hình 2.9. Toán đồ xác định suy hao trên một đơn vị chiều dài trong mưa γR (dB/Km)[8].
2.3. Nhiễu trên tuyến thông tin
Nhiễu là tín hiệu không mong muốn mà nó xen vào tín hiệu ta thu được. Nhiễu làm
giảm chất lượng thông tin như làm giảm tỉ số S/N hoặc C/N, tăng tỉ lệ bít lỗi trên đường
truyền. Đối với tín hiệu ta thu được từ vệ tinh thì rất nhỏ do đường truyền quá xa mà
nhiễu lại lớn. Bên cạnh đó, anten bản thân nó đã góp nhặt nhiễu từ môi trường thông qua
các búp sóng phụ của nó. Tín hiệu suy giảm do môi trường truyền sóng, do mưa nên tín
hiệu thu gần như chìm trong nhiễu.
2.3.1. Các nguồn nhiễu
+ Nhiễu phát ra từ các nguồn bức xạ bên ngoài như: Nhiễu không gian, nhiễu khí
quyển, tạp nhiễu do mưa và nhiễu từ trái đất.
+ Tạp nhiễu bên trong thiết bị như: Anten, hệ thống Feerder và máy thu.
+ Nhiễu từ các máy phát khác, các vệ tinh cận kề, các hệ thống mặt đất.

21. 18
2.3.2. Mật độ phổ công suất tạp nhiễu N0
Mật độ phổ công suất nhiễu N0 (W/Hz) được mô tả trên Hình 3.1
Hình 2.10. Mật độ phổ công suất nhiễu N0[1].
N0(f) giá trị công suất tạp nhiễu trên đơn vị độ rộng băng tần. Nếu N0(f) =
N0 là hằng số, ta gọi N0 là nhiễu trắng.
Gọi N là công suất nhiễu đo được ở băng B thì:
NO =
B
N
[W/Hz] (3.1)
2.3.3. Nhiễu nhiệt của một nguồn nhiễu
Hình 2.11. Xác định giá trị công suất nhiễu[1].
T =
kB
N
=
k
NO
( OK )
Hay NO = Tk (3.2)
Trong đó :
Tần số [Hz]B
N0
N0(f) [W/Hz]
Nhiệt độ
vật lý T
Nguồn nhiễu
Nhiệt độ vật lý có thể
không phải là T
Giá trị công suất nhiễu N
= kTB [W]
T

22. 19
N: Công suất nhiễu đo được
B: Băng thông [Hz]
Hằng số Boltzman: k = 1,3796.10-23 [W/Hz OK] = -228,6 [dBw/Hz K]
T: Nhiệt độ vật lý của điện trở [OK
2.3.4. Hệ số nhiễu
Gọi: To là nhiễu nhiệt đầu vào, ở điều kiện chuẩn To = 290 oK (17 oC).
Te: Nhiễu nhiệt bên trong linh kiện.
Hệ số nhiễu F là tỉ lệ toàn bộ công suất nhiễu nhiệt tại đầu ra của các phần tử với
công suất nhiễu nhiệt tại đầu vào phần tử.
F =
o
oe
T
TT 
= 1 +
o
e
T
T
(3.3)
Te = (F-1) To (3.4)
2.3.5. Nhiệt độ nhiễu của bộ suy hao Te
Te = (LF – 1)TF [ oK] (3.5)
Trong đó :
LF : Tổn hao của bộ suy giảm ( attenuator, feeder, splitter )
Te: Nhiễu nhiệt của bộ suy giảm
TF : Nhiệt độ môi trường
Trong trường hợp TF = To thì hệ số nhiễu bộ suy giảm bằng độ suy giảm FF = LF
2.3.6. Nhiệt độ nhiễu của phần tử tích cực
Hình 2.26 mô tả nhiệt độ nhiễu của phần tử tích cực được xem là nhiệt độ phát ra do
1 điện trở đặt ở ngõ vào một hệ thống không nhiễu, có nhiệt độ vật lý T = Te.

23. 20
Giả sử mạch 4 cực có độ lợi công suất là G, băng thông B, ngõ vào là nguồn nhiễu
có nhiệt độ nhiễu là To. Công suất nhiễu ngõ vào là GkBTo. Tổng công suất nhiễu ngõ
ra là GkB(To + Te ). Hệ số nhiễu của phần tử tích cực tính như sau:
F =
GkBTo
TeToGkB )( 
= 1 +
o
e
T
T
: như định nghĩa công thức (3.6)
Bảng 2: Quan hệ giữa hệ số nhiễu và nhiệt độ nhiễu[8].
Hình 2.12. Nhiệt độ nhiễu của hệ thống[1].
Hệ thống
nhiễu tự do
Nhiệt độ vật lý
T = Te
Hệ thống
nhiễu thực
Không có nhiễu
ngõ vào T = 0
Công suất nhiễu tương
đương N = kTeGB [W]
G: hệ số khuếch đại
của hệ thống

24. 21
2.3.7. Nhiệt độ nhiễu của hệ thống các thiết bị mắc nối tiếp
Hình 2.27 giả thiết các mạch khuếch đại Mi mắc nối tiếp , có cùng băng thông B, có
độ lợi công suất Gi và hệ số nhiễu Fi, i = 1, 2 …, n.
Công suất nhiễu tại ngõ ra hệ thống M1.
N1 = G1.k.B.(To + Te1) (3.7)
Công suất nhiễu N1được khuếch đại bởi M2
N1,2 = G1.G2k.B.(To + Te1) (3.8)
Công suất nhiễu được tạo bởi nguồn nhiễu bên trong của M2
N(2) = G2.k.Te2.B (3.9)
Công suất nhiễu toàn bộ M1 và M2
N2 = N1,2 + N(2) = G1.G2k.B.(To + Te1) + G2.k.Te2.B
= G1.G2.k.B(To + Te1 + Te2/G1) (3.10)
Nhiễu nhiệt tương đương của hệ thống mắc nối tiếp của M1 và M2
Te(1,2) = Te1 +
1
2
G
Te
(3.11)
Trong trường hợp hệ thống có n mạch :
Te (n) = Te1 +
1
2
G
Te
+ …+
121 ... n
en
GGG
T
(3.12)
Hệ số tạp âm hệ thống là:
Fn = F1 +
12121
3
1
2
...
1
...
11






n
n
GGG
F
GG
F
G
F
(3.13)

25. 22
Hình 2.13. Công suất nhiễu của hệ thống các mạch mắc nối tiếp[1].
2.3.8. Nhiễu nhiệt của anten TA
Điều kiện trời trong :
TA = TSky + Tground [oK] (3.14)
Khi trời có mưa :
TA =
RAIN
SKY
A
T
+ Tm (1-
RAINA
1
) + TG (3.15)
Trong đó:
ARAIN: Suy hao do mưa
Tm: Tambient : Nhiệt độ môi trường do mây, mưa, Tm = 260OK đến 280OK
T SKY: Nhiệt độ nhiễu của anten khi trời trong, Uplink TA = 290OK
TG: TGROUND: Nhiệt độ nhiễu của mặt đất ảnh hưởng đến anten, phụ thuộc góc
ngẩng anten:
TG = 290OK khi búp phụ có góc ngẩng ep < -10O
TG = 150OK đối với búp phụ có góc ngẩng –10O < ep < 0O
TG = 50OK đối với búp chính 0O < e <10O
TG = 10OK đối với 10O < e < 90O
G1, Te1, F1
M1
M2
Nguồn nhiễu
ngõ vào
To
G2, Te2, F2 Gn, Ten, Fn
Mn
....

26. 23
Hình 2.14. Nhiễu nhiệt mặt đất khi trời trong và khi mưa[4].
Hình 2.15. Nhiễu từ bầu trời và mặt đất đến anten[4].
2.3.9. Nhiễu nhiệt ở hệ thống thu
Hình 3.6 mô tả một hệ thống thu điển hình gồm:
+ Anten có nhiễu nhiệt TA, hệ số khuếch đại GA.
+ Bộ dịch tần nhiễu thấp LNB (có nhiễu nhiệt là TLNB): Gồm mạch khuếch đại LNA
(có nhiễu nhiệt là TLNA), mạch đổi tần MIX (có nhiễu nhiệt là TMX và hệ số khuếch đại
GMX ), mạch khuếch đại trung tần IF1(có nhiễu nhiệt là TIF, hệ số khuếch đại GIF).
+ Dây anten truyền dẫn đến máy thu (có nhiễu nhiệt là TF, hệ số khuếch đại
GFRX =
FRXL
1
< 1; LFRX còn gọi là tổn hao do feeder)
Ground
Sky
TSky
TGround
Ground
TSky
mưa
Tm, Arain
Sky
TGround

27. 24
+ Decoder giải mã tín hiệu có nhiễu nhiệt là TR
Ta có:
+ TLNB = TA +
A
LNA
G
T
(3.16)
+ T1 = TLNA +
LNA
MX
G
T
+
MXLNA
IF
GG
T
+ (LFRX - 1)TF +
FRX
R
G
T
(3.17)
+ T2 =
FRXL
T1
≈
FRX
A
L
T
+ TF (1-
FRXL
1
) + TR (3.18)
Hình 2.16. Nhiệt độ nhiễu trên hệ thống thu[1].
2.3.10. Tỉ lệ tín hiệu trên nhiễu tại đầu vào decoder
Tỉ lệ tín hiệu trên nhiễu tại đầu vào máy thu được xác định theo công thức sau:
oN
C
=
Tk
C
[Hz] (3.19)
Với: C = PRX : Công suất sóng mang tại đầu vào máy thu theo công thức (2.14)
NO : Công suất nhiễu trắng (Mật độ phổ tạp âm tại mọi điểm trên hệ thống )
T: Nhiệt độ nhiễu tại đầu vào decoder
TA, GA
LNA
IF Amp
Down converter
MIXER
LO
TLNA.GLNA
TIF.GIF
TR
Feeder Reciever
T1 T2
TF, LFRX
TMX, GMX
TLNB

28. 25
Thay các giá trị ở (2.10), (2.11), (2.12), (2.13), (2.17), 2.19), (2.21), (3.5) và (2.28) vào
(2.30) lần lượt ta có:
oN
C
= EIRPTX
L
1
TRX
R
L
G max
Tk
1
[Hz]
(3.20)
Với LTRX = LR + LFRX + LPOL
C = PRX =
FTXT
TTX
LL
GP max
AFS LL
1
POLFRXR
R
LLL
G max
(3.21)
Cuối cùng có:
oN
C
=
k
T
L
T
L
T
LLL
G
LLLL
GP
R
FRX
F
FRX
A
POLFRXR
R
AFSFTXT
TTX
1
)
1
1(
1 maxmax

[Hz] (3.22)
2.3.11. Tỉ số năng lượng của Bit/mật độ tạp âm Eb/N0 (Energy of Noise Density Ratio)
Người ta sử dụng khái niệm tỉ số Eb/NO là tỉ số năng lượng trên bít Eb và mật
độ phổ công suất nhiễu NO để đo khả năng phục hồi dữ liệu của modem số khi có nhiễu.
Tỉ số này càng lớn thì BER (Bit Error Rate: tỉ lệ bit lỗi) càng giảm có nghĩa quan hệ
giữa chúng là quan hệ tỉ lệ nghịch.
.
o
S R Eb
N B N
 S/N = (REb) : (BNO) (3.23)
Nếu băng tần để truyền được một bit rộng 1Hz thì ta có:
S/N = Eb/NO (3.24)
ON
C
=
N
C
- 10lg
B
1
(3.25)

29. 26
ON
C
=
o
b
N
E
+ 10lgRtrans (3.26)
N
C
=
O
b
N
E
+ 10lgRinfo – 10lgBNoise demodulater (3.27)
Với:
B: Băng thông truyền dữ liệu với tốc độ bít R[b/s]
Bnoise demodulater: Băng thông nhiễu của kênh
Rinfo: Tốc độ thông tin của chương trình
C: Công suất sóng mang tại đầu vào decoder [W].
No: Mật độ phổ công suất nhiễu tại đầu vào decoder [W/Hz]
Rtrans: Tốc độ bít tại ngõ vào decoder [b/s]. Tốc độ này bao gồm dữ liệu truyền đã
dồn kênh + FEC.
Eb: Năng lượng trên bít và được tính từ C/Rtrans
III. Xây dựng phần mềm tính toán quĩ công suất,tăng ích anten, EIRP, suy hao và
các tham số khác của đường truyền
Bài toán: Tuyến thông tin vệ tinh Hà Nội – tp Hồ Chí Minh sử dụng vệ tinh Vinasat 1 có
các thông số: Fu = 6GHz, Fd = 4GHz, sử dụng mã hóa QPSK có tốc độ Rbit=8Mbps
Thông số các trạm:
+ Trạm Hà Nội (105.5oE, 21oN)
- Công suất máy phát 100W
- Anten có bán kính 13m, hiệu suất 50%
- Tổn hao dây feeder giữa máy phát và anten là 0.5dB
+ Trạm vệ tinh Vinasat 1 (132oE)
- Anten thu và phát có bán kính 4m, hiệu suất 50%
- Công suất máy phát 10W
- Tổn hao dây feeder là 1dB
- Ta = 273K, F = 3dB
- Sai số lớn nhất cho phép α = 0.1o

30. 27
+ Trạm tp Hồ Chí Minh (106oE, 10oN)
- Anten có bán kính 13m, hiệu suất 50%
- Tổn hao dây feeder là 0.5dB
- Ta = 290K, F = 3dB
 Tính toán tuyến lên:
- Khoảng cách từ trạm phát tại Hà Nội tới vệ tinh là:
2 2
(R h) 2 (R h)cosE E E Ed R R     
Với: RE = 6378km là bán kính Trái Đất
h = 35786km là khoảng cách từ Trái Đất đến vệ tinh
φ là góc tâm
cos φ = cos(105.5o – 132o)cos(21o - 0o)
= 0.8355
Nên d = 37001.6km
- Góc ngẩng: 2 2
sin
cos
1 2 cosE E
E E
R R
R h R h




   
    
    
= 56.3741o
- Suy hao trong không gian tự do:
 
4
20log 199.369(dB)FS
d
L dB


 
- Tổng suy hao:
Lup = LFS(dB) + LTX(dB) + LS(dB) + LR(dB) + LT(dB)
Với LR, LT là tổn hao do sự không đồng trục của anten phát và anten thu:
2
3
(dB) 12 R
R
dB
L


 
  
 
, 3 70dB
c
fD
  ,
2
3
(dB) 12 T
T
dB
L


 
  
 
Nên Lup(dB) = 203.869(dB)
- Tăng ích anten trạm phát mặt đất:

31. 28
2
55.2322(dB)TX
D
G



 
  
 
- Tăng ích anten vệ tinh:
2
44.9945(dB)S
S
D
G



 
  
 
- Công suất bức xạ đẳng hướng tương đương:
EIRP(dBW) = PTX(dBW) + GTX(dBi) + LTX(dB)
= 74.7322 (dBW)
- Công suất nhận được tại vệ tinh:
PS(dBW) = PTX(dBW) + GTX(dBi) + GS(dBi) – Lup(dB)
= -83.6423 (dBW)
- Tính toán các tham số khác:
oN
C
= EIRPTX
L
1
TRX
R
L
G max
Tk
1
=118.335 dBHz
N
C
=
ON
C
+ 10lg
B
1
= 52.3141 dB
o
b
N
E
=
ON
C
+ 10lgRbit = 49.3038dB
𝐺
𝑇
= 18.3705𝑑𝐵
 Tính toán tuyến xuống:
- Khoảng cách từ vệ tinh tới trạm thu mặt đất tại tp Hồ Chí Minh là:
2 2
(R h) 2 (R h)cosE E E Ed R R     
Với: RE = 6378km là bán kính Trái Đất
h = 35786km là khoảng cách từ Trái Đất đến vệ tinh
φ là góc tâm

32. 29
cos φ = cos(106o - 132o)cos(10o)
Nên d = 36639km
- Góc ngẩng:
2 2
sin
cos
1 2 cosE E
E E
R R
R h R h




   
    
    
= 61.9993o
- Suy hao trong không gian tự do:
 
4
20log 195.762(dB)FS
d
L dB


 
- Tổng suy hao:
Ldown = LFS(dB) + LRX(dB) + LS(dB) + LR(dB) + LT(dB)
Với LR, LT là tổn hao do sự không đồng trục của anten phát và anten thu:
2
3
(dB) 12 R
R
dB
L


 
  
 
, 3 70dB
c
fD
  ,
2
3
(dB) 12 T
T
dB
L


 
  
 
Nên Lup(dB) = 200.262(dB)
- Tăng ích anten trạm thu mặt đất:
2
51.7103(dB)TX
D
G



 
  
 
- Tăng ích anten vệ tinh:
2
41.4727(dB)S
S
D
G



 
  
 
- Công suất bức xạ đẳng hướng tương đương:
EIRP(dBW) = PTX(dBW) + GTX(dBi) + LTX(dB)
= 47.4727 (dBW)
- Công suất nhận được tại vệ tinh:

33. 30
PS(dBW) = PTX(dBW) + GTX(dBi) + GS(dBi) – Lup(dB)
= -100.079 (dBW)
- Tính toán các tham số khác:
oN
C
= EIRPTX
L
1
TRX
R
L
G max
Tk
1
=100.264 dBHz
N
C
=
ON
C
+ 10lg
B
1
= 34.2435 dB
o
b
N
E
=
ON
C
+ 10lgRbit = 31.2332dB
𝐺
𝑇
= 23.5421𝑑𝐵

34. 31
C. KẾT QUẢ
- Giao diện chương trình:

35. 32
- Tính toán tuyến lên:

36. 33
- Tính toán tuyến xuống:

37. 34
D.KẾT LUẬN
Vệ tinh thông tin địa tĩnh có nhiều ưu điểm mà các mạng truyền dẫn thông thường
không thể áp ứng được, nên được sử dụng rộng rãi ở nhiều nước trên thế giới. Vệ tinh
địa tĩnh được sử dụng để làm vệ tinh khí tượng hay để xây dựng hệ thống vệ tinh viễn
thông thương mại và vệ tinh truyền hình. Việt Nam cũng đã sử dụng Vinasat 1 và Vinasat
2 vào các mục đích này.
Truyền dẫn trong thông vệ tinh là truyền dẫn thông tin qua môi trường truyền là không
khí với cự ly rất dài, nên có nhiều loại suy hao trên đường truyền. Do đó, để truyền tín
hiệu qua vệ tinh được tốt phải tính toán từng loại suy hao. Để chọn thiết bị truyền dẫn
và kỹ thuật truyền để tín hiệu nhận được ở phía thu là tốt nhất trong điều kiện xấu nhất
có thể. Qua bài tập lớn này nhóm chúng em đã có thể khắc sâu kiến thức đã được học
trên lớp và có thêm kiến thức về lập trình. Nhóm em xin chân thành cảm ơn sự hướng
dẫn và chỉ bảo của thầy Nguyễn Thành Chuyên và cô Phùng Thị Kiều Hà trong thời gian
qua.

38. 35
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] PGS.TS Thái Hồng Nhị - “Hệ thống thông tin vệ tinh”, tập 1, 2008.
[2] Phạm Hồng Liên, Đặng Ngọc Khoa, Trần Thanh Phương – “Matlab và ứng dụng
trong viễn thông”, NXB Đại học Quốc gia Tp.Hồ Chí Minh, 2005.
[3] Robert G.Winch, “Telecommunication Transmission Systems”, Second Edition
[4] http://www.lyngsat.com/
[5] Nguyễn Trung Tấn. “Bài giảng thông tin vệ tinh”, trung tâm kỹ thuật viễn thông,
Nxb Học viện Quân Sự.
[6] cimss.ssec.wisc.edu/sage/remote_sensing/lesson1/concepts.html
[7] B.G.Evans – “Satellite communication systems (3rd edition)”
[8] www.itu.int/publications/itu-r/iturrec.htm
[9] google.com.vn