Đồ án Thiết kế tuyến thông tin vệ tinh

Nội dung text: Đồ án Thiết kế tuyến thông tin vệ tinh

1. ÑAÏI HOÏC ÑAØ NAÜNG TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC KYÕ THUAÄT KHOA COÂNG NGHEÄ THOÂNG TIN – ÑIEÄN TÖÛ VIEÃN THOÂNG  ÑÑOOÀÀ AAÙNÙN TTOOÁTÁT NNGGHHIIEEÄPÄP ÑEÀ TAØI : THIEÁT KEÁ TUYEÁN THOÂNG TIN VEÄ TINH Giaùo vieân höôùng daãn Sinh vieân thöïc hieän : ÑAËNG ROÕ Lôùp : 20ÑT-PY Tuy Hoøa , 10/2002 0
2. Lôøi Noùi Ñaàu Trong nhöõng thaäp kyû qua, cuøng vôùi söï phaùt trieån cuûa khoa hoïc , coâng ngheä ngaønh vieãn thoâng ñaõ coù nhöõng phaùt trieån vöôït baäc, ñaùp öùng nhöõng nhu caàu trao ñoåi thoâng tin goùp phaàn khoâng nhoû trong coâng cuoäc xaây döïng vaø ñònh höôùng phaùt trieån cuûa xaõ hoäi loaøi ngöôøi. Chuùng ta soáng trong kyû nguyeân cuûa söï buøng noå thoâng tin, vieäc trao ñoåi thoâng tin dieãn ra khaép moïi nôi treân theá giôùi vôùi yeâu caàu nhanh choùng vaø chính xaùc. Ñoái vôùi thoâng tin quoác teá, thoâng tin veä tinh ñaõ cung caáp nhöõng ñöôøng thoâng tin dung löôïng lôùn, khi taàm lieân laïc xaûy ra trong dieän roäng thì thoâng tin veä tinh theå hieän tính öu vieät cuûa noù veà maët kinh teá. Hieän nay nöôùc ta ñang chuaån bò phoùng veä tinh cho rieâng mình nhaèm ñaùp öùng caùc nhu caàu thoâng tin ngaøy caøng cao trong nöôùc vaø quoác teá. Ñeå hieåu roõ heä thoáng thoâng tin veä tinh bao goàm coâng ngheä thoâng tin, coâng ngheä thieát bò, söï lieân laïc qua heä thoáng thoâng tin veä tinh vaø töø ñoù xaây döïng moät tuyeán lieân laïc phuø hôïp, ñöôïc söï giuùp ñôõ cuûa thaày giaùo höôùng daãn, em thöïc hieän ñeà taøi : “ Thieát keá tuyeán thoâng tin veä tinh ”. Ñöôïc söï höôùng daãn taän tình cuûa thaày , em ñaõ coá gaéng vaän duïng caùc kieán thöùc ñaõ hoïc ñeå hoaøn thaønh ñoà aùn, nhöng vì thôøi gian vaø kieán thöùc coøn haïn cheá, chaéc haún trong ñoà aùn naøy khoâng traùnh khoûi nhöõng thieáu soùt. Em raát mong ñöôïc söï goùp yù, chæ baûo, ñoùng goùp cuûa caùc thaày coâ vaø caùc baïn . Em xin chaân thaønh caûm ôn caùc thaày coâ trong khoa Coâng ngheä thoâng tin – Ñieän töû vieãn thoâng ñaõ giuùp ñôõ em trong suoát thôøi gian hoïc taäp maø ñaëc bieät laø söï höôùng daãn chæ baûo cuûa thaày giuùp em hoaøn thaønh ñoà aùn naøy. Tuy hoøa, thaùng 11 naêm 2002 Sinh vieân Ñaëng Roõ 1
3. MUÏC LUÏC  LÔØI NOÙI ÑAÀU CHÖÔNG I : TOÅNG QUAN VEÀ THOÂNG TIN VEÄ TINH 1.1. Söï ra ñôøi cuûa caùc heä thoáng thoâng tin veä tinh 5 1.2. Quaù trình phaùt trieån 5 1.3. Ñaëc ñieåm cuûa thoâng tin veä tinh 6 1.4. Caùc daïng quyõ ñaïo cuûa veä tinh 6 1.4.1. Quyõ ñaïo elip 8 1.4.2. Quyõ ñaïo troøn 8 1. Quyõ ñaïo cöïc 8 2. Quyõ ñaïo nghieâng 8 3. Quyõ ñaïo xích ñaïo 8 1.5. Caáu truùc moät heä thoáng thoâng tin veä tinh 8 1.6. Caùc phöông phaùp ña truy nhaäp ñeán veä tinh 12 1.6.1. Phöông phaùp ña truy nhaäp phaân chia theo taàn soá FDMA 12 1.6.2. Phöông phaùp ña truy nhaäp phaân chia theo thôøi gian TDMA 13 1.6.3. Phöông phaùp ña truy nhaäp phaân chia theo maõ CDMA 14 1.7. Keát luaän chöông 16 CHÖÔNG II : SOÙNG VOÂ TUYEÁN ÑIEÄN 2.1 . Taàn soá vaø caùc ñaëc tính cuûa soùng voâ tuyeán ñieän trong thoâng tin veä tinh 17 2.1.1. Soùng voâ tuyeán vaø taàn soá 17 2.1.2. Caùc taàn soá söû duïng cho thoâng tin veä tinh 17 2.2 . Phaân cöïc soùng 17 2.2.1. Ñònh nghóa 17 2.2.2. Soùng phaân cöïc elip 18 2.2.3. Soùng phaân cöïc troøn 18 2.2.4. Soùng phaân cöïc thaúng 18 2.3. Söï truyeàn lan soùng voâ tuyeán ñieän 18 2
4. 2.3.1. Khaùi nieäm veà söï truyeàn lan soùng voâ tuyeán trong thoâng tin veä tinh 18 2.3.2. Toån hao trong khoâng gian töï do 19 2.3.3. Cöûa soå voâ tuyeán 19 2.3.4. Taïp aâm trong truyeàn lan soùng voâ tuyeán 20 2.3.5. Söï giaûm khaû naêng taùch bieät phaân cöïc cheùo do möa 20 2.3.6. EIRP : Ñaëc tröng khaû naêng phaùt 20 2.3.7. G/T : Ñaëc tröng ñoä nhaïy maùy thu 21 2.3.8. Söï nhieãu loaïn do caùc soùng can nhieãu 21 CHÖÔNG III : KYÕ THUAÄT TRAÏM MAËT ÑAÁT 3.1 . Coâng ngheä vaø ñaëc tính cuûa anten 23 3.1.1. Yeâu caàu chaát löôïng ñoái vôùi anten thoâng tin veä tinh 23 3.1.2. Phaân loaïi anten 23 3.1.3. Heä thoáng anten baùm veä tinh 24 3.1.4. Caùc ñaëc tính veà ñieän 24 3.2 . Coâng ngheä maùy phaùt 27 3.2.1. Maùy phaùt coâng suaát cao 27 3.2.2. Phaân loaïi caùc boä khuyeách coâng suaát cao 27 3.2.3. Caáu hình 28 3.2.4. Meùo do xuyeân ñieàu cheá 29 3.3. Coâng ngheä maùy thu 30 3.3.1. Caáu truùc traïm thu 30 3.3.2. Khuyeách ñaïi taïp aâm thaáp 30 CHÖÔNG IV : TRAÏM VEÄ TINH 4.1. Caáu hình traïm veä tinh vôùi moät boä phaùt ñaùp ñôn giaûn 32 4.2. Phaân boá daûi taàn cuûa boä phaùt ñaùp 32 4.3. Caùc maïng veä tinh nhieàu chuøm 33 4.3.1.Öu ñieåm cuûaveä tinh nhieàu chuøm 34 4.3.2. Lieân keát giöõa caùc vuøng bao phuû 34 1. Lieân keát nhôø böôùc nhaûy cuûa boä phaùt ñaùp 34 2. Lieân keát nhôø chuyeån maïch treân veä tinh (SS/TDMA) 35 3. Lieân keát nhôø queùt chuøm 36 3
5. 4.3.3. Caùc tuyeán noái lieân veä tinh 36 1. Caùc tuyeán noái giöõa caùc veä tinh ñòa tónh vôùi veä tinh quyõ ñaïo thaáp 36 2. Caùc tuyeán noái giöõa caùc veä tinh ñòa tónh 37 3. Caùc tuyeán noái giöõa caùc veä tinh quyõ ñaïo thaáp 37 4.4. Caùc maïng veä tinh taùi taïo 38 4.4.1. Boä phaùt ñaùp taùi taïo 38 4.4.2. Ñaëc ñieåm boä phaùt ñaùp taùi taïo 38 CHÖÔNG V : THIEÁT KEÁ ÑÖÔØNG TRUYEÀN 5.1. Giôùi thieäu 42 5.2. Caùc chæ tieâu chaát löôïng 42 5.3. Caùc chæ tieâu saün saøng 43 5.4. Quan heä giöõa chaát löôïng vaø C/N 43 5.5. C/N toång 46 5.6. Coâng suaát soùng mang 46 5.7. Coâng suaát taïp aâm nhieät 48 5.7.1. Taïp aâm beân ngoaøi 49 5.7.2. Taïp aâm beân trong 49 5.7.3. Taïp aâm heä thoáng 51 5.8. Coâng suaát taïp aâm nhieãu 51 5.8.1. Can nhieãu taïp aâm khaùc 51 5.8.2. Nhieãu cuøng tuyeán 52 5.9. Phaân phoái taïp aâm 53 5.10. Tính toaùn ñoä saün saøng 53 5.11. Tính toaùn keát noái ña truy nhaäp 54 CHÖÔNG VI : TÍNH TOAÙN TUYEÁN THOÂNG TIN 6.1. Giôùi thieäu chöông 55 6.2. Tính toaùn tuyeán thoâng tin 55 6.2.1. Caùc thoâng soá caàn cho tính toaùn 55 6.3. Tính toaùn 56 6.3.1. Cöï ly thoâng tin, goùc ngaång vaø goùc phöông vò cuûa anten traïm maët ñaát 56 6.3.2. Tính caùc thoâng soá cô baûn 57 6.4. Tính döï tröõ tuyeán traïm thu truyeàn hình qua veä tinh (TVRO) 64 Keát luaän ñeà taøi 68 Taøi lieäu tham khaûo 4
6. CHÖÔNG I TOÅNG QUAN VEÀ THOÂNG TIN VEÄ TINH 1.1. SÖÏ RA ÑÔØI CUÛA CAÙC HEÄ THOÁNG THOÂNG TIN VEÄ TINH Thoâng tin voâ tuyeán qua veâï tinh laø thaønh töïu nghieân cöùu trong lónh vöïc truyeàn thoâng vaø muïc tieâu cuûa noù laø gia taêng veà maët cöï ly vaø dung löôïng vôùi chi phí thaáp . Keát hôïp söû duïng hai kyõ thuaät - teân löûa vaø viba ñaõ môû ra kyû nguyeân thoâng tin veä tinh. Dòch vuï ñöôïc cung caáp theo caùch naøy boå sung moät caùch höõu ích cho caùc dòch vuï maø tröôùc ñoù ñoäc nhaát chæ do caùc maïng ôû döôùi ñaát cung caáp, söû duïng voâ tuyeán vaø caùp . Kyû nguyeân vuõ truï ñöôïc baét ñaàu vaøo naêm 1957 vôùi vieäc phoùng veä tinh nhaân taïo ñaàu tieân (veä tinh Sputnik cuûa Lieân xoâ cuõ ). Nhöõng naêm tieáp theo caùc veä tinh khaùc cuõng laàn löôït ñöôïc phoùng nhö SCORE phaùt quaûng baù (naêm 1958 ), veä tinh phaûn xaï ECHO (1960), caùc veä tinh chuyeån tieáp baêng roäng TELSTAR vaø RELAY (1962) vaø veä tinh ñòa tónh ñaàu tieân laø SYNCOM (1963). Trong naêm 1965, veä tinh ñòa tónh thöông maïi ñaàu tieân INTELSAT-1 ñaùnh daáu söï môû ñaàu cho haøng loaït caùc veä tinh INTELSAT. Cuøng naêm ñoù, Lieân xoâ cuõ cuõng phoùng veä tinh truyeàn thoâng ñaàu tieân trong loaït veä tinh truyeàn thoâng MOLNYA. 1.2. QUAÙ TRÌNH PHAÙT TRIEÅN Caùc heä thoáng veä tinh ñaàu tieân cung caáp dung löôïng thaáp vôùi giaù töông ñoái cao nhö veä tinh INTELSAT-1 naëng 68kg khi phoùng, coù dung löôïng 480 keânh thoaïi vôùi giaù 32.500USD moät keânh trong moät naêm. Giaù thaønh naøy cao laø do chi phí phoùng, keát hôïp vôùi giaù veä tinh coù tính ñeán tuoåi thoï veä tinh ngaén (1 naêm röôõi ) vaø dung löôïng thaáp. Vieäc giaûm giaù laø keát quaû cuûa nhieàu noã löïc, nhöõng noã löïc ñoù ñaõ daãn ñeán vieäc taïo ra caùc teân löûa phoùng coù khaû naêng ñöa caùc veä tinh ngaøy caøng naëng hôn leân quyõ ñaïo (3750kg khi phoùng veä tinh INTELSAT-VI). Ngoaøi ra kyõ thuaät viba ngaøy caøng phaùt trieån ñaõ taïo ñieàu kieän thöïc hieän caùc anten nhieàu buùp soùng coù khaû naêng taïo bieân hình maø buùp soùng cuûa chuùng hoaøn toaøn thích öùng vôùi hình daïng luïc ñòa, cho pheùp taùi söû duïng cuøng moät baêng taàn giöõa caùc buùp soùng vaø keát hôïp söû duïng caùc boä khuyeách ñaïi truyeàn daãn coâng suaát cao hôn. Dung löôïng veä tinh taêng leân daãn ñeán giaûm giaù thaønh moãi keânh thoaïi (80.000 keânh treân INTELSAT-VI coù giaù thueâ moãi keânh laø 380USD). Ngoaøi vieäc giaûm chi phí truyeàn thoâng, ñaëc ñieåm noåi baäc nhaát laø tính ña daïng cuûa caùc dòch vuï maø caùc heä thoáng thoâng tin veä tinh cung caáp vaø dieän bao phuû roäng cuûa veä tinh ñaõ ñöôïc duøng ñeå thieát laäp caùc tuyeán thoâng tin voâ tuyeán cöï ly xa, nhö veä tinh INTELSAT-1 cho pheùp thieát laäp caùc traïm ôû hai beân bôø Ñaïi Taây Döông keát noái ñöôïc vôùi nhau. Khi kích thöôùc vaø coâng suaát cuûa caùc veä tinh caøng taêng leân thì caøng cho pheùp giaûm kích thöôùc cuûa caùc traïm maët ñaát vaø do vaäy giaûm giaù thaønh 5
7. cuûa chuùng, daãn ñeán taêng soá löôïng caùc traïm maët ñaát. Do ñoù coù theå khai thaùc moät tính naêng khaùc cuûa veä tinh, ñoù laø khaû naêng thu thaäp hoaëc phaùt quaûng baù caùc tín hieäu töø hoaëc tôùi moät soá ñòa ñieåm.Thay vì phaùt caùc tín hieäu töø ñieåm naøy tôùi ñieåm khaùc, baây giôø coù theå phaùt töø moät maùy duy nhaát tôùi raát nhieàu maùy thu phaân boá trong moät vuøng roäng lôùn, hoaëc ngöôïc laïi, coù theå phaùt töø nhieàu traïm tôùi moät traïm trung taâm duy nhaát. Vì vaäy, caùc maïng truyeàn soá lieäu ña ñieåm, caùc maïng quaûng baù qua veä tinh vaø caùc maïng thu thaäp döõ lieäu. Coù theå phaùt quaûng baù tôùi caùc maùy phaùt chuyeån tieáp hoaëc tröïc tieáp tôùi khaùch haøng caù nhaân. Caùc maïng naøy hoaït ñoäng vôùi caùc traïm maët ñaát nhoû coù anten ñöôøng kính töø 0,6 ñeán 3,5m. 1.3. ÑAËC ÑIEÅM CUÛA THOÂNG TIN VEÄ TINH Thoâng tin veä tinh tuy ra ñôøi muoän nhöng ñöôïc phaùt trieån nhanh choùng bôûi vì noù coù nhieàu lôïi theá so vôùi caùc heä thoáng truyeàn thoâng khaùc, ñoù laø: • Vuøng phuû soùng roäng, chæ caàn ba veä tinh laø coù theå phuû soùng toaøn caàu. • Thieát bò phaùt soùng cuûa heä thoáng thoâng tin veä tinh chæ caàn coâng suaát nhoû. • Vieäc laép ñaët hoaëc di chuyeån moät heä thoâng thoâng tin veä tinh treân maët ñaát töông ñoái nhanh choùng vaø khoâng phuï thuoäc vaøo caáu hình maïng cuõng nhö heä thoáng truyeàn daãn . • Heä thoáng thoâng tin veä tinh coù theå phuïc vuï nhieàu dòch vuï khaùc nhau nhö vieãn thoâng thoaïi vaø phi thoaïi, thaêm doø ñòa chaát, truyeàn hình aûnh, quan saùt muïc tieâu, nghieân cöùu khí töôïng, phuïc vuï quoác phoøng an ninh, v.v • Thoâng tin veä tinh raát oån ñònh. Ñaõ coù nhieàu tröôøng hôïp baõo to, ñoäng ñaát maïnh laøm cho caùc phöông tieän truyeàn thoâng khaùc maát taùc duïng chæ coøn duy nhaát thoâng tin veä tinh hoaït ñoäng. • Caùc thieát bò ñaët treân veä tinh coù theå taän duïng naêng löôïng maët trôøi ñeå cung caáp ñieän haàu nhö caû ngaøy laãn ñeâm. Tuy vaäy thoâng tin veä tinh cuõng coù moät soá nhöôïc ñieåm, ñoù laø : • Kinh phí ban ñaàu ñeå phoùng moät veä tinh vaøo quyõ ñaïo khaù lôùn • Böùc xaï cuûa soùng voâ tuyeán trong thoâng tin veä tinh bò toån hao lôùn trong moâi tröôøng truyeàn soùng. 1.4. CAÙC DAÏNG QUÕY ÑAÏO CUÛA VEÄ TINH Quõy ñaïo cuûa veä tinh laø haønh trình cuûa veä tinh trong khoâng gian maø trong ñoù veä tinh ñöôïc caân baèng bôûi hai löïc ñoái nhau. Hai löïc ñoù laø löïc haáp daãn cuûa traùi ñaát vaø löïc ly taâm ñöôïc hình thaønh do ñoä cong cuûa haønh trình veä tinh. Quõy ñaïo cuûa veä tinh coù ba thoâng soá quan troïng : Khoaûng caùch töø quõy ñaïo veä tinh ñeán maët ñaát, hình daïng vaø goùc nghieâng so vôùi maët bình ñoä. Moät thoâng soá chung cuûa noù laø maët phaúng chuyeån ñoäng cuûa veä tinh phaûi ñi qua taâm traùi ñaát. Quyõ ñaïo cuûa veä tinh naèm treân moät maët phaúng coù theå laø hình troøn hoaëc hình elíp. Neáu quyõ ñaïo laø troøn thì taâm cuûa quyõ ñaïo troøn truøng vôùi taâm cuûa traùi ñaát (hình 1-1). 6
8. Traùi ñaát Hình 1.1 Veä tinh quõy ñaïo troøn Neáu quyõ ñaïo laø elíp thì coù moät ñaàu elíp naèm xa traùi ñaát nhaát goïi laø vieãn ñieåm (apogee) vaø ñaàu gaàn traùi ñaát nhaát goïi laø caän ñieåm (perigee) (hình 1-2) Traïm maët ñaát Phöông cuûa maët trôøi Caän ñieåm Hình 1.2- Quyõ ñaïo Elip 7
9. Quõy ñaïo thoâng duïng hieän nay cuûa veä tinh laø nhöõng daïng quõy ñaïo sau ñaây 1.4.1. Caùc quõy ñaïo hình elíp . Loaïi quõy ñaïo naøy ñaûm baûo phuû soùng caùc vuøng vó ñoä cao döôùi moät goùc ngaång lôùn. Goùc ngaång lôùn laø ñaëc bieät caàn thieát trong nhöõng öùng duïng nhö : - Giaûm thieåu vieäc chaën caùc tia do söï che khuaát veä tinh cuûa caùc cao oác vaø caây coái - Vieäc baùm veä tinh ñöôïc deã daøng hôn . - Giaûm bôùt ñöôïc taïp aâm maø anten traïm maët ñaát thu nhaän do can nhieãu töø caùc heä thoáng thoâng tin voâ tuyeán döôùi maët ñaát. 1.4.2. Caùc quõy ñaïo troøn . 1. Quyõ ñaïo cöïc : Veä tinh coù quõy ñaïo troøn vaø coù ñoä cao khoaûng vaøi traêm ñeán nghìn km vôùi maët phaúng quyõ ñaïo chöùa truïc quay cuûa traùi ñaát, loaïi quõy ñaïo naøy ñaûm baûo raèng veä tinh coù theå ñi qua caùc vuøng cuûa traùi ñaát . Ngöôøi ta söû duïng loaïi quõy ñaïo naøy cho caùc veä tinh quan saùt (observation satellite) nhö veä tinh SPOT vaø phuû soùng toaøn caàu nhö chuøm veä tinh IRIDUM (goàm 77 veä tinh ). 2. Quyõ ñaïo nghieâng : Khi maët phaúng quyõ ñaïo khoâng chöùa truïc quay traùi ñaát vaø cuõng khoâng vuoâng goùc vôùi truïc ñoù. Moät soá veä tinh ñöôïc toå chöùc thaønh chuøm veä tinh coù quõy ñaïo daïng troøn naøy, ôû ñoä cao thaáp (côõ 1000 km) coù khaû naêng phuû soùng toaøn caàu tröïc tieáp ñeán ngöôøi söû duïng nhö ( GLOBAL STAR, LEOSAT, ). 3. Quyõ ñaïo xích ñaïo : Quõy ñaïo naøy naèm trong maët phaúng xích ñaïo cuûa traùi ñaát vaø caùc veä tinh treân quõy ñaïo ñöôïc goïi laø veä tinh ñòa tónh (GEO-geostationary satellite). Ñoä cao quõy ñaïo laø 35.768km. Veä tinh trong tröôøng hôïp naøy xuaát hieän nhö moät ñieåm coá ñònh treân baàu trôøi vôùi vuøng phuû soùng cuûa veä tinh laø 43% dieän tích cuûa beà maët traùi ñaát. Ba veä tinh ñòa tónh trong tröôøng hôïp naøy coù theå phuû soùng toaøn caàu . Vieäc löïa choïn quõy ñaïo naøo trong thöïc teá coøn phuï thuoäc vaøo caùc öùng duïng cuï theå, ñoä can nhieãu maø heä thoáng coù theå chaáp nhaän ñöôïc . Ñeå veä tinh coù theå göõi nguyeân vò trí cuûa mình trong quõy ñaïo ñaõ ñöôïc xaùc ñònh, ngöôøi ta söû duïng moät trong hai kyõ thuaät oån ñònh, ñoù laø oån ñònh quay hoaëc oån ñònh ba truïc. 1.5. CAÁU TRUÙC MOÄT HEÄ THOÁNG THOÂNG TIN VEÄ TINH Caáu truùc moät heä thoáng thoâng tin veä tinh goàm hai phaàn : phaàn khoâng gian (space segment) vaø phaàn maët ñaát (ground segment). Hình 1-3 moâ taû caáu truùc toång quaùt moät heä thoáng thoâng tin veä tinh. 8
10. Ñoaïn vuõ truï co Caùc tuyeán xuoáng Caùc tuyeán leân Traïm ñieàu khieån TT&C Caùc maùy phaùt Caùc maùy thu Ñoaïn maët ñaát Hình 1.3- Caùc thaønh phaàn cuûa moät heä thoáng thoâng tin veä tinh 1.5.1. Phaàn khoâng gian Phaàn khoâng gian bao goàm veä tinh cuøng caùc thieát bò ñaët trong veä tinh vaø heä thoáng caùc trang thieát bò ñaët treân maët ñaát ñeå kieåm tra, theo doõi vaø ñieàu khieån veä tinh (caùc heä thoáng baùm, ño ñaïc vaø ñieàu khieån). Baûn thaân veä tinh bao goàm phaàn taûi (payload) vaø phaàn neàn (platform). Phaàn taûi bao goàm caùc anten thu/phaùt vaø taát caû caùc thieát bò ñieän töû phuïc vuï cho vieäc truyeàn daãn caùc soùng mang. Phaàn neàn bao goàm caùc heä thoáng phuïc vuï cho phaàn taûi hoaït ñoäng, ví duï nhö : Caáu truùc voû vaø khung, nguoàn cung caáp ñieän, ñieàu khieån nhieät ñoä, ñieàu khieån höôùng vaø quõy ñaïo, thieát bò ñaåy, baùm, ño ñaïc, v.v Caùc soùng voâ tuyeán ñöôïc truyeàn töø traïm maët ñaát leân veä tinh ñöôïc goïi laø tuyeán leân (uplink). Veä tinh ñeán löôït mình laïi truyeàn caùc soùng voâ tuyeán (sau khi ñaõ bieán ñoåi taàn soá vaø khuyeách ñaïi ) tôùi caùc traïm thu veä tinh ñaët treân maët ñaát vaø ñöôïc goïi laø tuyeán xuoáng (downlink). Chaát löôïng cuûa moät lieân laïc qua soùng voâ tuyeán ñoù ñöôïc xaùc ñònh bôûi thoâng soá soùng mang treân taïp aâm (C/N). Chaát löôïng cuûa toång theå tuyeán lieân laïc töø traïm maët ñaát naøy ñeán traïm maët ñaát khaùc ñöôïc quyeát ñònh bôûi chaát löôïng cuûa tuyeán leân vaø tuyeán xuoáng trong ñoù bao goàm caû kyõ thuaät ñieàu cheá vaø maõ hoaù ñöôïc söû duïng . Trong moãi veä tinh ñöôïc ñaët moâït soá boä phaùt ñaùp (transponder) ñeå thu tín hieäu töø tuyeán leân, bieán ñoåi taàn soá, khuyeách ñaïi coâng suaát vaø truyeàn trôû laïi treân tuyeán xuoáng . 9
11. Boä chuyeån ñoåi xuoáng Tín Boä Boä khueách hieäu töø Boä loïc Boä loïc khueách ñaïi coâng Tuyeán tuyeán thoâng thoâng ñaïi taïp suaát ñeøn xuoáng leân thaáp thaáp aâm thaáp soùng chaïy BPF LNA BPF TWT Anten thu Anten phaùt 6GHz 4 GHz LO Boä dao ñoäng noäi Hình 1.4a- Sô ñoà khoái chöùc naêng cuûa moät boä phaùt ñaùp ñôn giaûn Hình 1-4a moâ taû sô ñoà khoái chöùc naêng moät boä phaùt ñaùp ñôn giaûn, ôû ñaây khoâng coù nhieäm vuï giaûi ñieàu cheá tín hieäu thu ñöôïc vaø cuõng khoâng xöû lyù tín hieäu. Noù chæ ñoùng vai troø nhö boä chuyeån ñoåi xuoáng coù heä soá khuyeách ñaïi coâng suaát lôùn. Boä khuyeách ñaïi coâng suaát trong boä phaùt ñaùp thöôøng duøng hai loaïi : Khuyeách ñaïi duøng ñeøn soùng chaïy (TWTA- Traveling Wave Tube Amplifier) vaø khuyeách ñaïi duøng baùn daãn tranzitor (SSPA – Solid State Power Amplifier). Coâng suaát baõo hoaø taïi ñaàu ra cuûa TWTA thöôøng töø 20W ñeán 200W vaø cuûa SSPA thöôøng töø 20W ñeán 40W. Trong caùc veä tinh loaïi môùi ñöôïc trang bò caùc boä phaùt ñaùp ña chuøm tia (multibeam satellite tranponders) vaø caùc boä phaùt ñaùp taùi sinh (regrative tranponders). Do haïn cheá veà kích thöôùc vaø troïng löôïng cho neân caùc anten thu/phaùt cuûa boä phaùt ñaùp thöôøng coù kích thöôùc nhoû vaø do ñoù ñoä taêng ích cuûa anten trong tröôøng hôïp naøy bò giôùi haïn. Veä tinh trong tröôøng hôïp naøy hình thaønh moät ñieåm trung chuyeån tín hieäu giöõa caùc traïm maët ñaát vaø ñöôïc xem nhö moät ñieåm nuùt cuûa maïng vôùi hai chöùc naêng chính sau ñaây : • Khuyeách ñaïi caùc soùng mang thu ñöôïc töø tuyeán leân ñeå söû duïng cho vieäc truyeàn daãn laïi treân tuyeán xuoáng. Coâng suaát soùng mang taïi ñaàu vaøo cuûa maùy thu veä tinh coù yeâu caàu töø 100pW tôùi 1nW, coøn coâng suaát taïi ñaàu ra cuûa boä khuyeách ñaïi coâng suaát phaùt cho tuyeán xuoáng coù yeâu caàu töø 10 ñeán 100W. Nhö vaäy ñoä taêng ích cuûa anten cuûa boä phaùt ñaùp veä tinh coù yeâu caàu töø 100 ñeán 130dB. Soùng mang trong baêng taàn ñöôïc böùc xaï ñeán caùc vuøng phuû soùng treân beà maët traùi ñaát vôùi caùc möùc EIRP töông öùng. 10
12. • Thay ñoåi taàn soá soùng mang (giöõa thu vaø phaùt) nhaèm traùnh hieän töôïng moät phaàn coâng suaát phaùt taùc ñoäng trôû laïi phía ñaàu thu. Khaû naêng loïc cuûa caùc boä loïc ñaàu vaøo ñoái vôùi taàn soá tuyeán xuoáng keát hôïp vôùi ñoä taêng ích thaáp cuûa anten, giöõa ñaàu ra phaùt vaø ñaàu vaøo thu caàn ñaûm baûo söï caùch bieät khoaûng 150dB. Tuy nhieân khi xem xeùt moät veä tinh cuï theå thì coù theå coù moät soá chöùc naêng khaùc. Ví duï, ñoái vôùi veä tinh coù nhieàu buùp soùng hoaëc buùp soùng queùt thì boä phaùt ñaùp veä tinh phaûi coù khaû naêng taïo tuyeán soùng mang ñeán caùc vuøng phuû soùng yeâu caàu. Trong tröôøng hôïp ñoái vôùi veä tinh taùi sinh thì boä phaùt ñaùp coøn coù theâm chöùc naêng ñieàu cheá vaø giaûi ñieàu cheá . Phaàn taûi (payload) cuûa veä tinh truyeàn thoâng ñöôïc ñaëc tröng bôûi caùc thoâng soá kyõ thuaät trong töøng baêng taàn coâng taùc nhö sau : • Baêng taàn coâng taùc . • Soá löôïng boä phaùt ñaùp . • Ñoä roäng daûi thoâng cuûa moãi boä phaùt ñaùp . • Phaân cöïc tín hieäu cuûa ñöôøng leân vaø ñöôøng xuoáng. • Coâng suaát böùc xaï töông ñöông ñaúng höôùng (EIRP) hoaëc maät ñoä thoâng löôïng coâng suaát taïo ra taïi bieân cuûa vuøng phuû soùng phuïc vuï . • Maät ñoä thoâng löôïng coâng suaát baõo hoaø taïi anten thu cuûa veä tinh (SPD – Saturation Power Density). • Heä soá phaåm chaát G/T cuûa maùy thu veä tinh taïi bieân cuûa vuøng phuû soùng hoaëc giaù trò cöïc ñaïi . • Vuøng phuû soùng . • Coâng suaát ñaàu ra cuûa boä coâng suaát phaùt. • Caáu hình döï phoøng cho maùy thu vaø boä khuyeách ñaïi coâng suaát cao . 1.5.2 Phaàn maët ñaát Phaàn maët ñaát bao goàm taát caû caùc traïm maët ñaát vaø chuùng thöôøng ñöôïc noái vôùi caùc thieát bò cuûa ngöôøi söû duïng thoâng qua caùc maïng maët ñaát hoaëc trong tröôøng hôïp söû duïng caùc traïm VSAT(Very Small Aperture Terminal) thì coù theå lieân laïc tröïc tieáp tôùi thieát bò ñaàu cuoái cuûa ngöôøi söû duïng. Caùc traïm maët ñaát ñöôïc phaân loaïi tuyø vaøo thuoäc vaøo kích côõ traïm vaø loaïi hình thoâng tin ñöôïc truyeàn cuõng nhö xöû lyù (thoaïi, hình aûnh hoaëc döõ lieäu ). Coù theå coù caùc traïm maët ñaát vöøa thu vöøa phaùt nhöng cuõng coù loaïi traïm maët ñaát chæ laøm nhieäm vuï thu (ví duï traïm TVRO – Television Receiver Only). Caùc traïm maët ñaát lôùn ñöôïc trang bò anten coù ñöôøng kính 30-40m, trong khi ñoù caùc traïm maët ñaát loaïi nhoû chæ duøng anten ñöôøng kính 60cm hoaëc thaäm chí coù theå nhoû hôn (caùc traïm di ñoäng, caùc maùy caàm tay). Hình 1-4b moâ taû moät traïm maët ñaát ñôn giaûn bao goàm caû thu vaø phaùt. 11
13. Thieát bò anten baùm Maùy thu taïp aâm thaáp Thieát bò ña truy nhaäp ñieàu cheá vaø giaûi ñieàu cheá Boä khueách Boä ñoåi Boä Boä giaûi ñieàu cheá Thieát bò baùm ñaïi taïp aâm taàn khueách thaáp xuoáng ñaïi IF Boä dao ñoäng Heä thoáng Thieát bò ña tieáp soùng truy nhaäp Boä dao ñoäng Boä khueách Boä naâng Boä ñaïi coâng taàn khueách Boä ñieàu cheá suaát cao ñaïi IF λ Maùy phaùt coâng suaát cao Hình 1-4b Caáu hình cuûa moät traïm maët ñaát Ñoái vôùi moät traïm maët ñaát côõ lôùn, do ñoä roäng cuûa buùp soùng chính cuûa anten raát heïp cho neân traïm maët ñaát caàn phaûi coù caùc thieát bò baùm veä tinh ñeå ñaûm baûo chaát löôïng ñöôøng truyeàn (truïc anten höôùng ñuùng veä tinh). Vôùi caùc traïm maët ñaát côõ nhoû do ñoä roäng buùp soùng anten khaù lôùn cho neân trong tröôøng hôïp naøy khoâng caàn thieát phaûi coù caùc thieát bò baùm veä tinh . Trong thöïc teá moät boä phaùt ñaùp cuûa veä tinh coù theå phuïc vuï cuøng moät luùc nhieàu traïm maët ñaát khaùc nhau. Ñoù laø nhôø vaøo phöông phaùp ña truy nhaäp. Kyõ thuaät maø caùc traïm maët ñaát duøng ñeå truy nhaäp boä phaùt ñaùp veä tinh ñoù laø (FDMA, TDMA,CDMA). 1.6. ÑA TRUY NHAÄP Trong caùc heä thoáng thoâng tin veä tinh kyõ thuaät ña truy nhaäp laø moät phöông phaùp ñeå cho nhieàu traïm söû duïng chung moät boä phaùt ñaùp. Hieän nay coù ba phöông phaùp chính ñöôïc duøng ñoù laø : 1.6.1. Ña truy nhaäp phaân chia theo taàn soá (FDMA - Frequency Division Multiple Access). Phöông phaùp naøy ñöôïc söû duïng roäng raõi nhaát. Vôùi heä thoáng naøy moãi traïm maët ñaát phaùt moät soùng mang coù taàn soá soùng mang khaùc vôùi taàn soá soùng mang cuûa caùc traïm khaùc ; moãi moät soùng mang ñöôïc phaân caùch vôùi caùc soùng mang 12
14. khaùc baèng nhöõng baêng taàn baûo veä thích hôïp, sao cho chuùng khoâng choàng laán leân nhau (hình 1-5). 1 Boä phaùt ñaùp t 1 2 Taàn soá FDMA N 2 t • B • • • • N 2 1 N t FDMA Thôøi gian Hình 1.5- Ña truy nhaäp phaân chia theo taàn soá (FDMA) FDMA coù theå ñöôïc söû cho baát kyø heä thoáng ñieàu cheá naøo, ñieàu cheá töông töï hoaëc ñieàu cheá soá. Moät traïm maët ñaát thu choïn löïa caùc tín hieäu noù caàn thoâng tin baèng moät boä loïc baêng thoâng . Phöông phaùp naøy cho pheùp taát caû caùc traïm truyeàn daãn lieân tuïc ; noù coù öu ñieåm khoâng caàn thieát ñieàu khieån ñònh thôøi ñoàng boä, vaø thieát bò söû duïng khaù ñôn giaûn; hieäu quaû söû duïng coâng suaát veä tinh cuûa noù cuõng khoâng thaáp. Tuy nhieân phöông phaùp naøy thieáu linh hoaït trong vieäc thay ñoåi caùch phaân phoái keânh. 1.6.2. Ña truy nhaäp phaân chia theo thôøi gian ( TDMA – Time Division Multiple Access ). Laø moät heä thoáng trong ñoù caùc traïm maët ñaát duøng chung moät boä phaùt ñaùp treân cô sôû phaân chia theo thôøi gian. Ñeå laøm ñöôïc vieäc naøy caàn söû duïng moät soùng mang ñieàu cheá soá. Heä thoáng TDMA thöôøng ñònh ra moät khung trong mieàn thôøi gian goïi laø khung TDMA; khung naøy ñöôïc phaân chia ra vaø moãi moät khoaûng chia ñöôïc phaân cho töøng traïm. Moãi moät traïm phaùt soùng mang cuûa noù trong moät khoaûng thôøi gian ngaén ñaõ ñöôïc phaân (khe thôøi gian) trong khung thôøi gian. Caàn ñeå ra moät khoaûng thôøi gian troáng (thôøi gian baûo veä) giöõa hai khe thôøi gian caïnh nhau sao cho caùc soùng mang phaùt töø nhieàu traïm khoâng choàng leân nhau trong boä phaùt ñaùp (hình 1-6). 1 Boä phaùt ñaùp 2 Maõ 1 TDMA N B 2 1 2 N t N TDMA Thôøi gian 13
15. Hình 1.6- Ña truy nhaäp phaân chia theo thôøi gian (TDMA) Moãi traïm thu seõ taùch ra nhöõng phaàn soùng mang cuûa chính noù döïa treân cô sôû phaân chia theo thôøi gian trong nhöõng tín hieäu nhaän ñöôïc. Heä thoáng TDMA coù theå söû duïng toát nhaát coâng suaát veä tinh vaø coù theå deã daøng thay ñoåi ñöôïc dung löôïng truyeàn taûi neân heä thoáâng naøy coù öu ñieåm laø linh hoaït trong vieäc chaáp nhaän thay ñoåi trong thieát laäp tuyeán. 1.6.3. Ña truy nhaäp phaân chia theo maõ ( CDMA – Code Division Multiple Access) hay ña truy nhaäp traûi phoå (SSMA – Spread Spectrum Multiple Access ) . Vôùi ña truy nhaäp phaân chia theo maõ (CDMA) caùc traïm cuûa maïng phaùt lieân tuïc vaø cuøng phaùt treân moät baêng taàn nhö nhau cuûa keânh. Nhöng caùc soùng mang naøy tröôùc ñoù ñaõ ñöôïc ñieàu cheá baèng moät maãu bít ñaëc bieät quy ñònh cho moãi traïm maët ñaát tröôùc khi phaùt tín hieäu ñaõ ñieàu cheá. Do ñoù ôû loaïi ña truy nhaäp naøy ngay caû khi coù nhieàu tín hieäu ñieàu cheá ñöôïc ñöa vaøo boä phaùt ñaùp, thì traïm maët ñaát thu coù theå taùch tín hieäu thu töø caùc tín hieäu khaùc baèng caùch söû duïng moät maãu bít ñaëc bieät thöïc hieän quaù trình giaûi ñieàu cheá . Caùc tín hieäu töø taát caû caùc traïm ñeàu coù cuøng moät vò trí trong boä phaùt ñaùp caû veà thôøi gian laãn taàn soá. ÔÛ phía thu thöïc hieän quaù trình traûi phoå ngöôïc söû duïng maõ gioáng nhö maõ traûi phoå söû duïng ôû phía phaùt vaø laáy ra tín hieäu ban ñaàu. Ñieàu naøy cho pheùp chæ thu caùc tín hieäu mong muoán ngay caû khi caùc soùng mang traûi phoå vôùi caùc maõ khaùc ñeán cuøng thôøi gian (hình 1-7). Maõ Boä phaùt ñaùp 1 Maõ 1 Taàn soá 2 1 N CDMA 2 Thôøi gian N Hình 1.7-Ña truy nhaäp phaân chia theo maõ Öu ñieåm heä thoáng CDMA laø hoaït ñoäng ñôn giaûn, do noù khoâng ñoøi hoûi baát kyø söï ñoàng boä truyeàn daãn naøo giöõa caùc traïm. Ñoàng boä duy nhaát laø ñoàng boä cuûa maùy thu vôùi chuoãi cuûa soùng mang thu ñöôïc. Kyõ thuaät naøy ñaït hieäu quûa trong vieäc choáng laïi söï can nhieãu töø caùc heä thoáng khaùc vaø can nhieãu do hieän töôïng ña ñöôøng truyeàn. Nhöôïc ñieåm chính laø hieäu suaát thaáp. Baûng 1-1 toùm taét öu ñieåm vaø nhöôïc ñieåm cuûa caùc heä thoáng ña truy nhaäp khaùc nhau . 14
16. Baûng 1-1 Tính naêng cuûa caùc heä thoáng ña truy nhaäp Heä thoáng Öu ñieåm Nhöôïc ñieåm Nhaän xeùt -Thuû tuïc nhaäp ñôn -Thieáu linh hoaït -Deã daøng öùng giaûn trong thay ñoåi thieát duïng vieäc FDMA -Caáu hình caùc phöông laäp tuyeán phaân phoái tieän traïm maët ñaát ñôn -Hieäu quaû thaáp khi theo yeâu caàu giaûn soá soùng mang taêng -Hieäu quaû söû duïng -Yeâu caàu ñoàng boä -Coù theå öùng tuyeán cao thaäm chí khi cuïm duïng SS- taêng soá caùc traïm truy -Coâng suaát phaùt TDMA neáu coù TDMA nhaäp caàn thieát cuûa traïm theå -Linh hoaït cao trong maët ñaát cao vieäc thay ñoåi thieát laäp tuyeán -Chòu ñöôïc nhieãu vaø -Hieäu quaû söû duïng -Phuø hôïp vôùi meùo baêng taàn keùm caùc heä thoáng CDMA -Chòu ñöôïc söï thay ñoåi - Yeâu caàu ñöôøng coù caùc traïm caùc thoâng soá khaùc truyeàn vôùi baêng löu löôïng nhoû nhau cuûa ñöôøng truyeàn taàn lôùn - Baûo maät tieáng noùi cao Ngoaøi ra coøn theå söû duïng moät trong caùc kyõ thuaät sau : 1. Cheá ñoä ña truy nhaäp gaùn coá ñònh (FAMA – Fixed Assigned Multiple Access). 2. Cheá ñoä ña truy nhaäp gaùn theo nhu caàu ( DAMA- Demand Assigned Multiple Access ). 3. Ña truy nhaäp phaân chia theo thôøi gian chuyeån maïch veä tinh (SS-TDMA). Vôùi gaùn coá ñònh, caùc keânh veä tinh ñöôïc phaân boá coá ñònh cho taát caû caùc traïm maët ñaát khaùc nhau, baát chaáp coù hay khoâng coù caùc cuoäc goïi phaùt ñi, coøn gaùn theo 15
17. nhu caàu thì caùc keânh veä tinh ñöôïc saép xeáp laïi moãi khi coù yeâu caàu thieát laäp keânh töø caùc traïm maët ñaát coù lieân quan. Vôùi caùc veä tinh SS-TDMA, caùc anten chuøm heïp khaùc nhau ñöôïc chuyeån maïch taïi thôøi ñieåm thích öùng trong chu kyø khung TDMA ñeå höôùng caùc chuøm phaùt vaø thu theo höôùng mong muoán. 1.7. KEÁT LUAÄN Thoâng tin veä tinh coù nhieàu böôùc phaùt trieån vöôït baäc trong nhöõng naêm qua veà coâng ngheä cuõng nhö caùc dòch vuï. Chuùng ta thaáy ôû nhöõng naêm 1970 caùc dòch vuï thoâng tin veä tinh caàn cung caáp laø truyeàn daãn tín hieäu thoaïi vaø truyeàn hình giöõa caùc luïc ñòa. Vôùi nhu caàu taêng dung löôïng neân ñaõ nhanh choùng daãn ñeán vieäc taïo ra caùc veä tinh ña chuøm vaø taùi söû duïng taàn soá nhôø phaân cöïc tröïc giao vaø phaân taùch khoâng gian. Nhu caàu gia taêng veà soá löôïng lôùn caùc tuyeán noái dung löôïng thaáp ñaõ daãn ñeán vieäc cheá ñoä gaùn theo yeâu caàu ra ñôøi söû duïng moät trong caùc kyõ thuaät ña truy nhaäp FDMA, TDMA hoaëc CDMA. Ñoàng thôøi, nhöõng tieán boä cuûa kyõ thuaät anten cho pheùp caùc chuøm tia phuø hôïp vôùi vuøng bao phuû dòch vuï, daãn ñeán caùc chæ tieâu cuûa tuyeán thoâng tin ñöôïc caûi thieän. Tuy nhieân khi soá löôïng chuøm tia taêng leân laøm cho vieäc lieân keát maïng khoù khaên hôn do ñoù naûy sinh kyõ thuaät chuyeån maïch treân veä tinh (SS-TDMA). Moät heä thoáng thoâng tin veä tinh coù caùc thuoäc tính maø caùc maïng maët ñaát khoâng theå coù hoaëc chæ coù vôùi quy moâ thaáp hôn nhieàu, ñoù laø : • Khaû naêng phaùt quaûng baù. • Daûi thoâng roäng. • Thieát laäp nhanh choùng vaø deã daøng caáu hình laïi. Vôùi caùc thuoäc tính treân cho neân tieàm naêng cuûa caùc dòch vuï do thoâng tin veä tinh cung caáp laø raát ña daïng. Caùc loaïi dòch vuï ñang noåi baät laø: • Trung keá thoaïi vaø trao ñoåi chöông trình truyeàn hình. • Caùc heä thoáng ña dòch vuï : Truyeàn daãn thoaïi vaø soá lieäu cho caùc nhoùm ngöôøi duøng phaân taùn theo caùc vuøng ñòa lyù khaùc nhau. Moãi nhoùm duøng chung moät traïm maët ñaát vaø truy nhaäp dòch vuï qua moät maïng döôùi ñaát. • Caùc heä thoáng VSAT ( Very Small Aperture Terminal): Truyeàn daãn soá lieäu dung löôïng thaáp, phaùt quaûng baù caùc chöông trình truyeàn hình hoaëc aâm thanh soá. Thoâng duïng nhaát laø ngöôøi söû duïng ñöôïc keát noái tröïc tieáp ñeán traïm . Toùm laïi ta coù theå noùi raèng thoâng tin veä tinh chieám moät vò trí quan troïng trong vai troø cuûa moät phöông tieän truyeàn thoâng. 16
18. CHÖÔNG II SOÙNG VOÂ TUYEÁN ÑIEÄN 2.1. Taàn soá vaø caùc ñaëc tính cuûa soùng voâ tuyeán ñieän trong thoâng tin veä tinh 2.1.1. Soùng voâ tuyeán vaø taàn soá Soùng voâ tuyeán laø moät boä phaän cuûa soùng ñieän töø vaø gioáng nhö soùng aùnh saùng, tia hoàng ngoaïi, tia X, v.v Söï khaùc nhau giöõa chuùng chæ ôû taàn soá. Soùng voâ tuyeán ñöôïc quy ñònh laø nhöõng soùng ñieän töø coù taàn soá nhoû hôn 3000GHz. Caùc soùng coù taàn soá töø 3kHz ñeán 270 GHz ñöôïc phaân ñònh cho nhieàu muïc ñích khaùc nhau. Caùc taàn soá söû duïng trong thoâng tin veä tinh hieâïn nay naèm trong khoaûng 1GHz ñeán 30GHz 2.1.2. Caùc taàn soá söû duïng cho thoâng tin veä tinh coá ñònh a. Baêng C (Baêng 6/4GHz) Taàn soá phaùt cho ñöôøng leân töø 5,925GHz ñeán 6,425GHz vaø cho ñöôøng xuoáng töø 3.7GHz ñeán 4,2GHz. Baêng taàn naøy suy hao raát ít do möa vaø tröôùc ñaây ñaõ söû duïng cho caùc heä thoáng vi ba döôùi maët ñaát ; do ñoù söï phaùt trieån cuûa thieát bò ñaõ ôû moät möùc tieân tieán, noù ñöôïc söû duïng cho caùc heä thoáng veä tinh khu vöïc vaø noäi ñòa. b. Baêng Ku (caùc baêng 14/12 vaø 14/11 GHz) Taàn soá phaùt cho ñöôøng leân töø 14GHz ñeán 14,5GHz vaø cho ñöôøng xuoáng töø 12,25GHz ñeán 12,75GHz hoaëc töø 10,95GHz ñeán 11,7GHz. Baêng naøy ñaõ ñöôïc söû duïng roäng raõi tieáp sau baêng C cho vieãn thoâng coâng coäng. Noù ñöôïc öa duøng hôn cho thoâng tin noäi ñòa vaø thoâng tin giöõa caùc coâng ty, do taàn soá cao neân cho pheùp caùc traïm maët ñaát söû duïng ñöôïc caùc anten coù kích thöôùc nhoû ñeå lieân laïc. c. Baêng Ka (30/20 GHz) Baêng Ka laàn ñaàu tieân ñöôïc söû duïng cho moät keânh thoâng tin thöông maïi qua veä tinh thoâng tin “SAKURA” cuûa Nhaät Baûn. Öu ñieåm cuûa thoâng tin veä tinh söû duïng baêng taàn naøy laø cho pheùp söû duïng caùc traïm maët ñaát nhoû vaø khoâng gaây nhieãu vôùi caùc heä thoáng vi ba treân maët ñaát. Tuy nhieân baêng taàn naøy bò suy hao lôùn do möa. 2.2 . Phaân cöïc soùng 2.2.1. Ñònh nghóa Soùng böùc xaï bôûi anten bao goàm caùc thaønh phaàn ñieän tröôøng vaø töø tröôøng. Hai thaønh phaàn naøy tröïc giao vôùi nhau vaø vuoâng goùc vôùi phöông truyeàn soùng, chuùng bieán ñoåi theo taàn soá cuûa soùng. Phaân cöïc cuûa soùng ñöôïc xaùc ñònh bôûi höôùng ñieän tröôøng. Soùng ñieän töø phaúng coù caùc daïng phaân cöïc nhö : phaân cöïc elíp, phaân cöïc troøn, phaân cöïc thaúng (hình 2) 17
19. y P lan àn ye tru g ôùn Hö y E x ax m E E x E m Anten in Hình 2- Phaân cöïc soùng 2.2.2. Phaân cöïc elíp Trong quaù trình truyeàn soùng neáu ñaàu cuoái veùc tô cöôøng ñoä ñieän tröôøng cuûa soùng vaïch neân moät hình elíp trong khoâng gian thì soùng goïi laø phaân cöïc elíp . 2.2.3. Phaân cöïc troøn Trong quaù trình truyeàn soùng neáu veùc tô cöôøng ñoä ñieän tröôøng cuûa noù veõ neân moät voøng troøn thì soùng goïi laø phaân cöïc troøn. Neáu nhìn theo chieàu truyeàn soùng, veùc tô ñieän tröôøng quay theo chieàu kim ñoàng hoà thì ta coù soùng phaân cöïc troøn quay phaûi, trong tröôøng hôïp veùc tô ñieän tröôøng quay ngöôïc chieàu kim ñoàng hoà ta goïi laø soùng phaân cöïc troøn quay traùi . 2.2.4. Phaân cöïc thaúng Soùng coù veùc tô cöôøng ñoä ñieän tröôøng luoân höôùng song song theo moät ñöôøng thaúng trong quaù trình truyeàn soùng goïi laø soùng phaân cöïc thaúng hay phaân cöïc tuyeán tính. Tuyø theo höôùng cuûa veùc tô ñieän tröôøng ta coù phaân cöïc ngang hoaëc phaân cöïc ñöùng. 2.3. Söï truyeàn lan soùng voâ tuyeán ñieän 2.3.1. Khaùi nieäm veà söï truyeàn lan soùng voâ tuyeán trong thoâng tin veä tinh Coù nhöõng vaán ñeà khaùc nhau lieân quan tôùi söï truyeàn lan soùng voâ tuyeán trong thoâng tin veä tinh vì vieäc phaùt vaø thu soùng thöïc hieän giöõa moät traïm maët ñaát vaø moät veä tinh thoâng tin ôû moät cöï ly khaù xa (35.786km). Vaán ñeà lôùn nhaát laø toån hao truyeàn lan khi truyeàn giöõa traïm maët ñaát vaø veä tinh. Coù theå noùi raèng coâng ngheä thoâng tin veä tinh luoân luoân ñöôïc caûi tieán ñeå khaéc phuïc ñöôïc caùc toån hao truyeàn lan. Ngoaøi toån hao truyeàn lan ra, soùng voâ tuyeán söû duïng trong thoâng tin veä tinh coøn chòu 18
20. aûnh höôûng cuûa caùc taùc ñoäng nhö toån hao haáp thuï do taàng ñieän ly, khí quyeån vaø möa cuõng nhö taïp aâm gaây ra töø beân ngoaøi bôûi taàng ñieän ly, khí quyeån, möa vaø maët ñaát . 2.3.2. Toån hao trong khoâng gian töï do Trong thoâng tin veä tinh, soùng voâ tuyeán ñi qua khoaûng khoâng vuõ tru ï(gaàn nhö chaân khoâng). Trong moät moâi tröôøng nhö vaäy, coù raát ít caùc chaát coù theå suy hao soùng hoaëc laøm leäch höôùng truyeàn lan cuûa noù. Söï suy hao soùng gaây ra chæ do söï khuyeách ñaïi töï nhieân cuûa noù. Moâi tröôøng nhö vaäy ñöôïc goïi laø khoâng gian töï do. Khi soùng voâ tuyeán truyeàn trong khoâng gian töï do tyû soá coâng suaát phaùt treân coâng suaát thu taïi ñieåm caùch nôi phaùt moät khoaûng R seõ laø : Γ = (4πR/λ)2 ÔÛ ñaây λ laø böôùc soùng cuûa voâ tuyeán ñieän Γ ñöôïc goïi laø toån hao khoâng gian töï do Töø bieåu thöùc coù theå thaáy raèng toån hao khoâng gian töï do tyû leä bình phöông vôùi khoaûng caùch truyeàn lan soùng . Trong thoâng tin veä tinh, vì haàu heát söï truyeàn lan soùng ñi xaûy ra trong khoâng gian laø chaân khoâng, do ñoù toån hao truyeàn soùng coù theå coi nhö baèng toån hao khoâng gian töï do. Tuy nhieân khoaûng caùch truyeàn soùng raát daøi neân gaây ra toån hao raát lôùn (khoaûng 200dB vôùi soùng coù taàn soá khoaûng 6GHz ). Vì vaâïy neân caàn söû duïng caùc maùy phaùt coâng suaát lôùn vaø maùy thu coù ñoä nhaïy cao cuõng nhö anten thu vaø phaùt coù heä soá taêng ích lôùn. 2.3.3. Cöûa soå voâ tuyeán Trong moät soá tröôøng hôïp, caùc soùng voâ tuyeán truyeàn ñeán hay ñi töø caùc veä tinh thoâng tin, ngoaøi ra coøn chòu aûnh höôûng cuûa taàng ñieän ly vaø khí quyeån ñeán toån hao truyeàn lan do cöï ly xa . Soùng truyeàn ñi töø veä tinh vaø traïm maët ñaát bò aûnh höôûng bôûi taàng ñieän ly khi taàn soá thaáp vaø bò aûnh höôûng do möa khi taàn soá cao. Ñoà thò hình 2-1 chæ ra ñaëc tính taàn soá suy hao do taàng ñieän ly vaø do möa. 100 50 Haáp thuï do Toån hao do möa taàng ñieän ly (25mm/giôø) 10 5 Cöûa soå voâ tuyeán 1 0,1 0,5 1 5 10 50 100 Taàn soá (GHz) Cöûa soå voâ tuyeán 19
21. Töø ñoà thò naøy ta thaáy caùc taàn soá naèm ôû khoaûng giöõa 1GHz vaø 10GHz thì suy hao do taàng ñieän ly vaø möa laø khoâng ñaùng keå, do vaäy baêng taàn naøy ñöôïc goïi laø “cöûa soå voâ tuyeán”. Neáu ta söû duïng taàn soá naèm trong khoaûng naøy thì toån hao truyeàn lan gaàn nhö baèng toån hao khoâng gian töï do, vì vaäy cho pheùp thieát laäp caùc keânh thoâng tin veä tinh oån ñònh . 2.3.4. Taïp aâm trong truyeàn lan soùng voâ tuyeán Caùc chaát khí cuûa khí quyeån vaø möa khoâng chæ haáp thu soùng maø coøn laø caùc nguoàn böùc xaï taïp aâm nhieät. Taïp aâm do caùc chaát khí trong khí quyeån aûnh höôûng khoâng nhieàu ñeán söï truyeàn lan soùng so vôùi suy hao lôùn hôn do taïp aâm gaây ra do möa. Vì vaäy khi thieát keá caùc keânh thoâng tin, ngoaøi vieäc giaûm suy hao soùng phaûi tính theâm taïp aâm do möa. Hình 2-2 chæ ra taïp aâm do möa. (K)O 300 250 200 150 Nhieät taïp aâm 100 50 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Suy hao do möa (dB) Hình 2.2- Taêng taïp aâm do möa Cuõng coù taïp aâm maët ñaát phaùt sinh trong khi truyeàn lan soùng. Ñaây laø taïp aâm nhieät gaây ra bôûi traùi ñaát, nhieät taïp aâm gaàn nhö nhieät ñoä beà maët traùi ñaát. Nhieät ñoä taïp aâm maët ñaát khoaûng 250 ñeán 3000K vaø aûnh höôûng chuû yeáu ñeán traïm veä tinh . 2.3.5. Söï giaûm khaû naêng taùch bieät phaân cöïc cheùo do möa Tröôøng ñieän vaø töø cuûa soùng coù höôùng dao ñoäng khaùc nhau; hai soùng coù ñieän tröôøng vuoâng goùc vôùi nhau ñoâi khi keát hôïp laïi thaønh moät vaø taïo ra moät soùng “phaân cöïc cheùo”. Moät soùng nhö vaäy coù theå duøng moät anten ñeå taùch ra caùc soùng rieâng bieät. Tuy nhieân, khi soùng ñi qua möa, hình deïp cuûa caùc haït möa ñoâi khi laøm nghieâng phaân cöïc cheùo, do ñoù sinh ra caùc thaønh phaàn vuoâng goùc trong quaù trình anten taùch ra caùc soùng rieâng bieät. Tyû soá thaønh phaàn vuoâng goùc hoãn hôïp treân thaønh phaàn mong muoán ñöôïc goïi laø “söï taùch bieät phaân cöïc cheùo”. 2.3.6. EIRP : Ñaëc tröng khaû naêng phaùt 20
22. Tích soá giöõa heä soá taêng ích cuûa anten vaø coâng suaát maùy phaùt cung caáp cho anten goïi laø coâng suaát böùc xaï töông ñöông ñaúng höôùng (EIRP), ñaây laø thoâng soá cô baûn bieåu thò khaû naêng cuûa moät traïm phaùt. PEIRP = PT GT 2.3.7. G/T : Ñaëc tröng ñoä nhaïy maùy thu 1. Nhieät taïp aâm maùy thu Maëc duø taïp aâm trong thoâng tin veä tinh do nhieàu nguoàn taïo ra, nhöng coâng suaát cuûa noù voâ cuøng nhoû. Nhieät taïp aâm ñöôïc duøng laøm ñôn vò ñeå bieåu thò coâng suaát nhoû nhö theá. Neáu duøng nhieät taïp aâm (T) thì coâng suaát taïp aâm (P) coù bieåu thöùc : P = kTB (W) Trong ñoù : k – Haèng soá Boltzmann (k = 1.38062 x 10-23 J/0K) B – Ñoä roäng baêng thoâng (Hz) T – Nhieät ñoä tuyeät ñoái Caùc nguoàn taïp aâm trong thoâng tin veä tinh coù theå ñöôïc phaân loaïi nhö sau : -Taïp aâm do anten thu ñöôïc : + Taïp aâm töø vuõ truï + Taïp aâm khí quyeån + Taïp aâm do moät buùp soùng phuï + Taïp aâm do möa - Taïp aâm do toån hao cuûa heä thoáng tieáp soùng (nhieät taïp aâm taêng khoaûng 70K treân toån hao 0,1dB). -Taïp aâm maùy thu Trong soá caùc loaïi taïp aâm do anten thu ñöôïc thì taïp aâm töø vuõ truï gaây ra chæ vaøi ñoä K, haàu nhö khoâng ñaùng keå. Taïp aâm khí quyeån taêng ñaëc bieät ôû baêng soùng milimet laø nguyeân nhaân chuû yeáu gaây ra taïp aâm vuõ truï trong thôøi tieát toát. Taïp aâm do möa taêng theo cöôøng ñoä möa. Taïp aâm töø moät buùp soùng phuï laø do anten thu tieáp nhaän baèng buùp soùng phuï moät löôïng taïp aâm töø maët ñaát vaø khí quyeån. Giaù trò taïp aâm naøy phuï thuoäc vaøo goùc ngaång vaø taàn soá . Taïp aâm töø heä thoáng tieáp soùng, sinh ra do toån hao ôû heä thoáng tieáp soùng. Vì toån hao naøy khoâng nhöõng laøm suy giaûm tín hieäu ñaàu vaøo, maø coøn sinh ra taïp aâm, do ñoù maùy thu ñaët caøng gaàn anten caøng toát ñeå giaûm toån hao vaø taïp aâm . 2. G/T (Heä soá phaåm chaát cuûa thieát bò thu ) Tyû soá cuûa heä soá taêng ích treân taïp aâm nhieät toång ñöôïc kyù hieäu laø G/T vaø tyû soá naøy bieåu thò cho chaát löôïng ñoä nhaïy cuûa traïm thu. G/T ñöôïc duøng nhö moät heä soá chaát löôïng cho toaøn boä heä thoáng thu bao goàm caû anten. Ñôn vò söû duïng laø dBm/0K . 2.3.8. Söï nhieãu loaïn do caùc soùng can nhieãu Haàu heát caùc baêng taàn aán ñònh cho thoâng tin voâ tuyeán vuõ truï thì cuõng ñöôïc aán ñònh cho thoâng tin voâ tuyeán treân maët ñaát do ñoù coù boán loaïi can nhieãu giöõa caùc heä thoáng coù theå xaûy ra : - Moät veä tinh can nhieãu vôùi moät traïm veä tinh maët ñaát . 21
23. - Moät traïm veä tinh maët ñaát can nhieãu vôùi moät veä tinh. - Moät traïm truyeàn thoâng maët ñaát can nhieãu vôùi moät veä tinh . - Moät traïm truyeàn thoâng maët ñaát can nhieãu vôùi moät traïm veä tinh maët ñaát. Hình 2-3 moâ taû caùc daïng can nhieãu. Veä tinh T: Maùy phaùt R: Maùy thu :Tín hieäu mong muoán TR :Tín hieäu nhieãu 4 GHz A 6 GHz B 4 GHz 6 GHz D C RT RT RT 4 GHz 6 GHz Traïm maët ñaát hoaït ñoäng Traïm maët ñaát Traïm maët ñaát hoaït ñoäng ôû ôû baêng taàn 4GHz (Veä tinh) Baêng taàng 6 GHz (Vi Ba) (Vi Ba) S2 S1 E3 E1 E2 E4 Hình 2.3- Can nhieãu töø caùc veä tinh khaùc vaø heä thoáng vi ba treân maët ñaát Nhaèm ñeå giaûm bôùt söï can nhieãu coù theå xaûy ra. Caùc toå chöùc ñöa ra caùc Khuyeán nghò sau : • Haïn cheá maät ñoä thoâng löôïng naêng löôïng taïo ra treân maët ñaát cuûa veä tinh. • Haïn cheá EIRP phaùt töø caùc traïm truyeàn thoâng treân maët ñaát theo höôùng veà quyõ ñaïo veä tinh ñòa tónh . • Haïn cheá goùc ngaång nhoû nhaát cuûa anten traïm veä tinh traïm maët ñaát. 22
24. CHÖÔNG III KYÕ THUAÄT TRAÏM MAËT ÑAÁT 3.1. Coâng ngheä vaø ñaëc tính cuûa anten 3.1.1. Yeâu caàu chaát löôïng ñoái vôùi thoâng tin veä tinh Ñeå thu ñöôïc nhöõng soùng yeáu ñeán töø veä tinh vaø phaùt ñi caùc soùng coù coâng suaát ñuû maïnh leân veä tinh, anten caàn coù moät soá ñaëc tính sau : 1. Heä soá taêng ích cao vaø hieäu suaát cao Maëc duø heä soá taêng ích cuûa anten tyû leä thuaän vôùi dieän tích cuûa noù, nhöng tuyø thuoäc vaøo tính kinh teá vaø tính thuaän tieän khi khai thaùc maø ta choïn loaïi anten vöøa coù heä soá taêng ích cao maø dieän tích caøng nhoû caøng toát. 2. Höôùng tính cao vaø buùp soùng phuï nhoû Anten duøng trong thoâng tin veä tinh caàn phaûi coù tính ñònh höôùng cao, buùp soùng phuï nhoû ñeå chuùng khoâng can nhieãu vaøo caùc heä thoáng thoâng tin khaùc. 3. Ñaëc tính phaân cöïc toát Anten caàn phaûi coù tính phaân cöïc toát ñeå söû duïng taàn soá moät caùch hieäu quaû baèng caùch gheùp caùc soùng phaân cöïc ngang vaø ñöùng thaønh phaân cöïc vuoâng goùc hoaëc thaønh caùc soùng phaân cöïc troøn quay traùi vaø quay phaûi trong phaân cöïc troøn. 4. Taïp aâm thaáp . 3.1.2. Phaân loaïi anten Hình 3-1 trình baøy hình daïng caùc loaïi anten hay ñöôïc söû duïng trong thoâng tin veä tinh. Moãi anten coù moät boä phaûn xaï chính parabon vaø ñöôïc thieát keá sao cho nguoàn böùc xaï ñaët taïi tieâu ñieåm cuûa parabon ñeå soùng böùc xaï töø maët parabon laø soùng phaúng. Anten parabon coù Anten Anten Teân nguoàn böùc xaï sô caáp Anten Cassegrain parabon leäch Gregorlan leäch ñaët taïi tieâu ñieåm chính Hình daïng Maët phaûn xaï chính Maët phaûn xaï chính Hình 3.1- Caùc loaïi anten traïm maët ñaát 23
25. 1. Anten parabon coù nguoàn böùc xaï sô caáp ñaët taïi tieâu ñieåm Ñaây laø loaïi anten coù caáu truùc ñôn giaûn nhaát. Noù ñöôïc duøng chuû yeáu ôû caùc traïm chæ thu vaø caùc traïm nhoû vôùi dung löôïng thaáp. Vì hieäu quaû heä soá taêng ích thaáp buùp soùng phuï khoâng ñöôïc toát vaø caùp noái töø loa tieáp soùng ñeán maùy phaùt bò daøi. 2. Anten Cassegrain Ñaây laø loaïi coù theâm moät boä phaûn xaï phuï vaøo boä phaûn xaï chính, heä soá taêng ích cuûa anten ñöôïc naâng cao vaø ñaëc tính buùp soùng phuï cuõng ñöôïc caûi thieän chuùt ít. Anten ñöôïc söû duïng cho caùc traïm bình thöôøng, coù quy moâ trung bình. Caùp noái giöõa maùy phaùt vaø loa tieáp soùng ngaén hôn. 3. Anten leäch Anten leäch coù boä phaän tieáp soùng, moät maët phaûn xaï phuï ñöôïc ñaët ôû vò trí leäch moät ít so vôùi höôùng truïc cuûa maët phaûn xaï ñeå caùc boä phaän tieáp soùng vaø maët phaûn xaï nhoû khoâng chaën ñöôøng ñi cuûa soùng. Do ñoù buùp soùng phuï ñöôïc caûi thieän raát lôùn daãn ñeán heä soá taêng ích lôùn hôn. Ngoaøi anten leäch moät maët phaûn xaï coøn coù hai loaïi anten khaùc thuoäc loaïi naøy : Moät laø loaïi Gregorian leäch coù maët phaûn xaï phuï daïng elíp, hai laø loaïi Gregorian leäch vôùi maët phaûn xaï phuï coù daïng hyperbol. Caùc anten naøy coù hieäu quaû ñaëc bieät khi caàn thieát giaûm can nheãu töø caùc keânh thoâng tin viba treân maët ñaát hoaëc treân caùc veä tinh khaùc ôû caùc vò trí keà nhau treân quyõ ñaïo. 3.1.3. Heä thoáng anten baùm veä tinh Ngay caû veä tinh ôû quyõ ñaïo ñòa tónh; vò trí cuûa chuùng cuõng luoân thay ñoåi khoaûng ± 0,10 theo caùc höôùng ñoâng, taây, nam, baéc. Do vaäy caàn ñieàu khieån anten traïm maët ñaát ñeå baùm theo veä tinh. Caùc loaïi heä thoáng anten baùm veä tinh : - Heä thoáng xung ñôn : Heä thoáng naøy luoân xaùc ñònh taâm buùp soùng anten coù höôùng ñuùng vaøo veä tinh hay khoâng ñeå ñieàu khieån höôùng cuûa anten. Heä thoáng naøy söû duïng boán loa böùc xaï, moãi loa böùc xaï coù höôùng buùp soùng hôi khaùc vôùi höôùng buùp soùng chính ñeå laáy ra tín hieäu baùo loãi. - Heä thoáng baùm töøng naác : Heä thoáng naøy dòch chuyeån nheï vò trí anten ôû caùc khoaûng thôøi gian nhaát ñònh ñeå ñieàu chænh sao cho möùc tín hieäu thu laø cöïc ñaïi. - Heä thoáng ñieàu khieån theo chöông trình : Heä thoáng naøy ñieàu khieån anten döïa treân thoâng tin quyõ ñaïo döï ñoaùn tröôùc lieân quan ñeán veä tinh. 3.1.4. Caùc ñaëc tính veà ñieän 1. Heä soá taêng ích Heä soá taêng ích cuûa moät anten laø tyû soá giöõa maät ñoä coâng suaát böùc xaï (hoaëc thu) cuûa anten ôû moät höôùng ñaõ cho vaø taïi moät ñieåm treân höôùng aáy treân maät ñoä coâng suaát böùc xaï (hoaëc thu) cuûa anten voâ höôùng cuõng taïi höôùng vaø ñieåm treân khi hai anten coù coâng suaát caáp cho anten laø nhö nhau. Heä soá taêng ích cöïc ñaïi ôû höôùng böùc xaï cöïc ñaïi coù giaù trò cho bôûi coâng thöùc : 4π Aη Gmax = λ2 (3-1) ÔÛ ñaây λ : laø böôùc soùng = c/f 24
26. c : laø vaän toác aùnh saùng = 3.108 m/s f : laø taàn soá soùng ñieän töø πD 2 A : laø dieän tích beà maët = 4 D : laø ñöôøng kính anten göông parabol coù maët phaûn xaï troøn η : hieäu suaát toaøn boä cuûa anten laø do moät soá tham soá tính ñeán quy luaät chieáu xaï, maát maùt do söï traøn, beà maët phaûn xaï xaáu, v.v Thoâng thöôøng coù giaù trò baèng 0,55 ñeán 0,75 . Vì vaäy : 2 2 ⎛πD ⎞ ⎛πDf ⎞ Gmax = η⎜ ⎟ = η ⎜ ⎟ (3-2) ⎝ λ ⎠ ⎝ c ⎠ Bieåu thò ôû daïng dB (decibel) : 2 2 ⎛πD ⎞ ⎛πDf ⎞ Gmax dB = 10logη⎜ ⎟ = 10logη⎜ ⎟ (dB) (3-3) ⎝ λ ⎠ ⎝ c ⎠ 2. Ñoà thò böùc xaï Ñoà thò böùc xaï bieåu thò caùc thay ñoåi giaù trò cuûa heä soá taêng ích theo caùc höôùng khaùc nhau. Vôùi anten coù maët phaûn xaï troøn thì ñoà thò coù daïng ñoái xöùng vaø troøn xoay ñöôïc bieåu thò trong heä toaï ñoä cöïc (hình 3-2a) hay toaï ñoä Ñeà- caùc (hình 3-2b) . Buùp soùng chính coù höôùng cöïc ñaïi vaø daïng caùc buùp soùng phuï . Ñoä taêng ích cuûa aêng ten G αθ= Max, dB Giaûm 3dB 1 Ñieån hình -3dB G αθ= / 2 max 3dB 30dB α θ D 3dB Caùc Buùp Chính Buùp Phuï 1 3dB Hình 3.2 – Ñoà thò böùc xaï anten 1. Ñoä roäng buùp soùng Ñoä roäng cuûa buùp soùng chính ñöôïc bieåu thò baèng goùc hôïp bôûi hai höôùng maø ôû ñoù heä soá taêng ích giaûm ñi moät nöûa so vôùi heä soá taêng ích ôû höôùng cöïc ñaïi ñöôïc moâ taû nhö ôû (Hình 3-2a). Ñoä roäng buùp soùng naøy coøn ñöôïc goïi laø ñoä roäng buùp soùng nöûa coâng suaát (θ1/2) hay ñoä roäng buùp soùng 3dB (θ3dB) . Ñoä roäng buùp soùng 3dB lieân quan tôùi tyû soá λ/D bôûi moät heä soá coù giaù trò phuï thuoäc vaøo luaät chieáu xaï. Ñoái vôùi moät anten parabol thoâng thöôøng, ñoä roäng buùp soùng 3dB ñöôïc xaùc ñònh : 70λ 70c θ3dB = = (ñoä) (3-4) D fD 25
27. Vôùi bieåu thöùc treân ta thaáy ñoä roäng buùp soùng 3dB giaûm tyû leä nghòch vôùi taàn soá vaø ñöôøng kính anten. Ñieåm ôû höôùng α so vôùi truïc (höôùng cöïc ñaïi) thì heä soá taêng ích ñöôïc tính baèng: 2 ⎛ α ⎞ G(α) = G - 12⎜ ⎟ (dB) (3-5) dB max ⎜θ ⎟ ⎝ 3dB ⎠ ≤ α ≤ θ Coâng thöùc naøy chæ ñuùng vôùi goùc ñuû nhoû 0 3dB . Töø coâng thöùc (3-2) vaø (3-4) ta coù moái quan heä giöõa heä soá taêng ích cöïc ñaïi vôùi ñoä roäng buùp soùng 3dB : 2 2 ⎛πDf ⎞ ⎛ 70π ⎞ G = η = η ⎜ ⎟ (3-6) max ⎜ ⎟ ⎜θ ⎟ ⎝ c ⎠ ⎝ 3dB ⎠ Moái quan heä giöõa ñoä roäng buùp soùng 3dB vôùi heä soá taêng ích cöïc ñaïi ñöôïc bieåu dieãn nhö ôû (hình 3-3). 70 60 50 40 30 Heä soá Heä taêng ích (dB)Anten 20 0,1 110 Ñoä roäng böôùc soùng 3dB cuûa Anten (ñoä) Hình 3.3- Heä soá anten ôû höôùng böùc xaï cöïc ñaïi laø haøm cuûa ñoä roäng goùc 3dB - Ñaëc tính buùp soùng phuï : Neáu giaûm buùp soùng phuï caøng nhieàu caøng toát ñeå traùnh can nhieãu vôùi heä thoáng khaùc. Theo Khuyeán nghò cuûa CCIR cho caùc anten coù D/λ > 100, heä soá taêng ích cuûa buùp soùng phuï (Gs) phaûi nhoû hôn caùc heä soá taêng ích sau töông öùng vôùi goùc hôïp bôûi truïc chính Φ : 0 0 1 48 Gs = 10dB 26
28. Caùc anten leäch coù caùc ñaëc tính buùp soùng phuï raát toát, vì khoâng coù söï caûn trôû cuûa maët phaûn xaï phuï vaø caùc thanh ñôõ, chuùng ñöôïc söû duïng khi coù yeâu caàu nghieâm ngaët giaûm can nhieãu trong thieáùt keá maïch . 3.2 . COÂNG NGHEÄ MAÙY PHAÙT 3.2.1. Maùy phaùt coâng suaát cao Ñeå buø vaøo toån hao truyeàn soùng lôùn trong thoâng tin veä tinh, ñaàu ra maùy phaùt caàn phaûi coù coâng suaát caøng lôùn caøng toát, do vaäy ôû traïm maët ñaát söû duïng boä khuyeách ñaïi coâng suaát cao (HPA). Trong caùc heä thoáng voâ tuyeán treân maët ñaát, khoaûng caùch giöõa caùc traïm chuyeån tieáp chæ vaøi chuïc km neân coâng suaát maùy phaùt nhoû (khoaûng 10W) coøn ñoái vôùi thoâng tin veä tinh do khoaûng caùch chuyeån tieáp daøi (36.000km) neân maùy phaùt ôû traïm maët ñaát phaûi coù coâng suaát lôùn khoaûng vaøi traêm W ñeán haøng KW. 3.2.2. Phaân loaïi caùc boä khuyeách ñaïi coâng suaát cao Caùc ñeøn soùng chaïy (TWT), Klystron (KLY), transistor hieäu öùng tröôøng (FET) ñöôïc duøng trong boä khuyeách ñaïi coâng suaát cao. Tuyø theo coâng suaát ra cuûa maùy phaùt vaø baêng taàn coâng taùc maø söû duïng loaïi khuyeách ñaïi naøo cho thích hôïp. Baûng 3-1 : So saùnh caùc boä khuyeách ñaïi coâng suaát cao. HPA Loaïi KLY Loaïi TWT Loaïi FET Tham soá Coâng suaát ra Lôùn Lôùn Nhoû Kích thöôùc Lôùn Trung bình Nhoû Troïng löôïng Lôùn Trung bình Nhoû Baêng taàn Vaøi chuïc MHz Vaøi traêm MHz Vaøi traêm MHz Laøm laïnh -Laøm laïnh baèng -Laøm laïnh baèng - Laøm laïnh baèng khoâng khí khi coâng khoâng khí khi coâng khoâng khí töï nhieân suaát tôùi vaøi kW suaát tôùi vaøi kW - Laøm laïnh baèng - Laøm laïnh baèng nöôùc khi coâng suaát nöôùc khi coâng suaát ra khoaûng 10kW ra khoaûng 10KW Ñieän aùp cung Trung bình Cao Thaáp caáp Ñeøn soùng chaïy (TWT) coù baêng taàn khuyeách ñaïi roäng, coù theå phuû ñöôïc taát caû caùc baêng taàn phaân ñònh cho truyeàn daãn, ñieàu ñoù coù lôïi cho vieäc söû duïng nhieàu soùng mang hôn. 27
29. Coøn ñoái vôùi ñeøn Klystron (KLY) coù ñoä roäng baêng taàn khuyeách ñaïi töông ñoái heïp, nhöng taàn soá khuyeách ñaïi coù theå ñieàu chænh ñeán baát kyø giaù trò naøo trong khoaûng taàn soá phaân ñònh cho truyeàn daãn . Transistor hieäu öùng tröôøng (FET) ñöôïc söû duïng ôû traïm dung löôïng thaáp, coâng suaát ra nhoû. Ñeå ñaït ñöôïc coâng suaát cao hôn ngöôøi ta ñaáu song song caùc transistor laïi vôùi nhau . 3.2.3. Caáu hình Caáu hình cuûa moät traïm maët ñaát ñöôïc moâ taû ôû hình 1-4b, ta thaáy maùy phaùt coâng suaát cao goàm coù moät boä khuyeách ñaïi trung taàn, boä chuyeån ñoåi taàn soá leân vaø moät boä khuyeách ñaïi coâng suaát cao. Boä khuyeách ñaïi trung taàn khuyeách ñaïi tín hieäu töø boä ñieàu cheá ñöa tôùi, taàn soá trung taàn sau ñoù ñöôïc bieán ñoåi leân taàn soá cöïc ngaén nhôø boä ñoåi taàn. Sau ñoù tín hieäu ñöôïc boä khuyeách ñaïi taàn soá cao khuyeách ñaïi leân ñeán möùc yeâu caàu ñeå phaùt ñeán veä tinh . Caáu hình cuûa maùy phaùt coâng suaát cao ñöôïc quyeát ñònh bôûi loaïi soùng mang vaø soá löôïng soùng mang, nhöng nhìn chung coù hai daïng thöôøng ñöôïc thöïc hieän sau : 1. Moät maùy phaùt khuyeách ñaïi ñoàng thôøi nhieàu soùng mang (hình 3-4) U/C MOD U/C MOD combiner HPA U/C MOD U/C : Boä naâng taàn MOD : Boä ñieàu cheá Hình 3-4 Caáu hình cuûa boä khuyeách ñaïi coâng suaát cao söû duïng moät HPA Vôùi caáu hình naøy caàn thoaû maõn caùc yeâu caàu sau : - Ñoä roäng baêng ñuû roäng ñeå khuyeách ñaïi moät soùng mang vôùi baát kyø taàn soá naøo. - Coâng suaát ra coù ñoä döï tröõ ñuû sao cho meùo do ñieàu cheá phaùt sinh töø söï khuyeách ñaïi ñoàng thôøi cuûa nhieàu tín hieäu ôû döôùi möùc quy ñònh. Caáu hình naøy thuaän lôïi trong khai thaùc . 28
30. 2. Moãi soùng mang ñöôïc khuyeách ñaïi rieâng baèng moät boä khuyeách ñaïi coâng suaát cao (hình 3-5 ) HPA U/C MOD Boä HPA U/C MOD HPA Phoái Hôïp HPA U/C MOD Hình 3.5 – Caáu hình cuûa boä khuyeách ñaïi coâng suaát cao söû duïng nhieàu boä khuyeách ñaïi Vôùi caáu hình naøy moãi boä khuyeách ñaïi khoâng yeâu caàu phaûi coù baêng taàn roäng ñeå ñieàu chænh taàn soá khuyeách ñaïi ñoái vôùi moãi soùng mang cho tröôùc. Caáu hình naøy phuø hôïp vôùi traïm coù soùng mang ít . 3.2.4. Meùo do xuyeân ñieàu cheá Boä khuyeách ñaïi coâng suaát cao laø boä khuyeách ñaïi tuyeán tính nhöng noù seõ trôû thaønh phi tuyeán khi khuyeách ñaïi ôû vuøng baõo hoaø. Luùc ñoù ñieän aùp ñaàu ra khoâng tyû leä vôùi ñieän aùp ñaàu vaøo. Bôûi vaäy khi nhieàu soùng mang ñöôïc khuyeách ñaïi ñoàng thôøi thì seõ phaùt sinh caùc taïp aâm. Hình 3-6 minh hoaï vaán ñeà treân, khi khuyeách ñaïi ñoàng thôøi ba tín hieäu vaøo coù taàn soá f1,f2, f3 thì ôû ñaàu ra ngoaøi ba tín hieäu cô baûn treân coøn coù caùc tín hieäu khaùc coù taàn soá : (2f1-f2 ), (f1+ f2 - f3 ), (f1– f2 + f3 ),( 2f2 – f1 ), ( f2 +f3 – f1). f 1 f2 f3 f1 f2 f3 2f1-f2 f1-f2+f3 f2+f3-f1 f1+f2-f3 2f2-f1 Phoå taàn soá ñaàu vaøo Ñaëc tuyeán vaøo vaø ra Phoå taàn soá ñaàu ra Hình 3-6 Meùo do xuyeân ñieàu cheá Do ñoù ñoái vôùi moät boä khuyeách ñaïi coâng suaát cao, khi khuyeách ñaïi nhieàu soùng mang ñoàng thôøi thì ñieåm laøm vieäc cuûa boä khuyeách ñaïi phaûi ñöôïc choïn sao cho möùc ñaàu ra thaáp hôn möùc baõo hoaø khoaûng 6 ñeán 10dB, nhaèm muïc ñích ñeå trieät tieâu caùc tín hieäu taïp, ñieåm laøm vieäc ñoù ñöôïc goïi laø ñieåm luøi (back-off). 29
31. Ngoaøi ra coøn coù moät phöông phaùp khaùc ñeå trieät tieâu nhieãu xuyeân ñieàu cheá, ñöôïc goïi laø “tuyeán tính hoaù”. Phöông phaùp naøy laø ngöôøi ta cheøn vaøo taàng tröôùc moät maïch ñieän coù ñaëc tuyeán buø vôùi ñaëc tuyeán phi tuyeán cuûa boä khuyeách ñaïi ñeå caûi thieän tuyeán tính toaøn boä . Hình 3-7 minh hoïa phöông phaùp treân . Ñaëc tuyeán meùo tröôùc Ñaëc tuyeán phi tuyeán Ñaëc tuyeán cuûa HPA cuûa boä tuyeán tính hoaù cuûa HPA sau khi buø Hình 3-7 Tuyeán tính hoaù 3.3. Coâng ngheä maùy thu 3.3.1. Caáu truùc traïm thu Caáu truùc cuûa traïm thu ñöôïc moâ taû nhö ôû hình 1-4b thieát bò goàm coù : Anten , khoái thu taïp aâm thaáp , khoái giaûi ñieàu cheá vaø thieát bò ña truy nhaäp . Trong khoái thu taïp aâm thaáp goàm coù : Boä khuyeách ñaïi taïp aâm thaáp, boä ñoåi taàn xuoáng, boä dao ñoäng, boä khuyeách ñaïi trung taàn. 3.3.1. Khuyeách ñaïi taïp aâm thaáp Soùng böùc xaï töø veä tinh ñeán anten vôùi coâng suaát cöïc kyø nhoû, sau khi ñöôïc anten khuyeách ñaïi nhöng möùc ñoù vaãn chöa ñuû ñeå thöïc hieän giaûi ñieàu cheá do ñoù caàn phaûi khuyeách ñaïi chuùng leân moät möùc ñuû lôùn vaø tyû soá S/N phaûi ñaït ôû ngöôõng cho pheùp, do ñoù ñoøi hoûi taàng khuyeách ñaïi naøy phaûi coù heä soá taïp aâm nhieät nhoû, vì ñaây laø taàng khuyeách ñaïi ñaàu tieân. Hieän nay coù hai loaïi khuyeách ñaïi taïp aâm thaáp thöôøng duøng laø khuyeách ñaïi duøng GaAs-FET, khuyeách ñaïi duøng HEMT . 1- Khuyeách ñaïi duøng GaAs-FET Khuyeách ñaïi duøng GaAs-FET laø boä khuyeách ñaïi nhieãu thaáp coù heä soá taïp aâm khoaûng 1,2 ñeán 2dB . Transistor hieäu öùng tröôøng duøng loaïi baùn daãn hôïp chaát giöõa gali vaø asenic . Boä khuyeách ñaïi naøy ñöôïc söû duïng roäng raõi ôû taàn soá cao vôùi caùc ñaëc tính baêng taàn roäng, coù heä soá khuyeách ñaïi vaø ñoä tin caäy cao. 2. Khuyeách ñaïi duøng HEMT (High Electron Mobility Transistor) Transistor coù ñoä linh ñoäng ñieän töû cao (HEMT) söû duïng tieáp giaùp pha troän giöõa GaAs vaø AlGaAs (hình 3-8) , giöõa daûi daãn cuûa AlGaAs coù moät sai khaùc naêng löôïng, daûi naøy ñöôïc kích thích loaïi n, coøn GaAs khoâng ñöôïc khích thích. Vì vaäy hình thaønh moät lôùp giaøu ñieän töû trong AlGaAs gaàn beà maët tieáp giaùp vôùi GaAs. Khi ñaët moät ñieän tröôøng vaøo lôùp giaøu ñieän töû naøy, caùc ñieän töû seõ chuyeån ñoäng vôùi ñoä 30
32. linh hoaït raát cao vì chuùng khoâng chòu söï taùn xaï baát kyø cuûa caùc “nguyeân töû cho” cuûa vaät lieäu sinh ra chuùng. HEMT coù caùc ñaëc tính taïp aâm thaáp toát hôn so vôùi GaAs- FET. As (AlGa) loaïi n Khoâng pha GaAs a) Coång Maøng baûo veä Loã troáng (Si) Ñieän töû Nguoàn Cöïc maùng (AlGa)As Lôùp ñieän töû GaAs ñoä linh ñoäng cao Neàn GaAs baùn daãn b) Daûi daãn Daûi hoaù trò Hình 3.8- Caáu taïo cuûa HEMT Caùc ñaëc tính noåi baäc cuûa HEMT nhö baêng taàn roäng, kích thöôùc nhoû, giaù thaønh thaáp, deã baûo quaûn vaø thuaän lôïi cho saûn xuaát haøng loaït, bôûi vaäy noù ñöôïc söû duïng roäng raõi. Boä khuyeách ñaïi naøy laøm vieäc oån ñònh ôû nhieät ñoä phoøng nhöng coù khi chuùng ñöôïc laøm laïnh nhaèm ñeå caûi thieän hôn nöõa caùc ñaëc tính taïp aâm thaáp cuûa chuùng. Baûng 3-2 So saùnh caùc boä khuyeách ñaïi taïp aâm thaáp (LNA) LNA GaAs-FET HEMT Muïc Ñieàu kieän laøm vieäc Nhieät ñoä phoøng Laøm laïnh Laøm laïnh Baêng Xaáp xæ 550K Xaáp xæ 450K Xaáp xæ 520K 4GHz Baêng Baêng 1800K hoaëc Xaáp xæ 1200K Xaáp xæ 1200K taàn 12GHz thaáp hôn Baêng 3000K 2000K hoaëc Xaáp xæ 1600K 20GHz thaáp hôn Tính naêng Taïp aâm thaáp Taïp aâm thaáp Baêng taàn roäng Kích thöôùc voâ Kích thöôùc nhoû cuøng nhoû 31
33. CHÖÔNG IV TRAÏM VEÄ TINH 4.1. Caáu hình traïm veä tinh vôùi moät boä phaùt ñaùp ñôn giaûn BPF LNA MIX BPF TWT Anten phaùt Anten thu LO Hình 4-1 Caáu truùc boä phaùt ñaùp thoâng thöôøng Tín hieäu töø traïm phaùt maët ñaát truyeàn lan ñeán anten thu cuûa veä tinh ñöôïc anten khuyeách ñaïi leân roài qua maïch loïc thoâng daûi ñeå loaïi boû caùc tín hieäu ngoaøi daûi taàn coâng taùc cuûa boä phaùt ñaùp, tieáp ñeán tín hieäu ñöôïc khuyeách ñaïi ñuû lôùn ñeå thöïc hieän ñoåi taàn, yeâu caàu cuûa taàng khuyeách ñaïi naøy laø heä soá taïp aâm thaáp(LNA). Taàn soá tín hieäu naøy troän vôùi taàn soá dao ñoäng noäi taïo ra caùc taàn soá khaùc, caùc taàn soá ñoù ñöôïc ñöa qua maïch loïc thoâng daûi ñeå laáy ra taàn soá caàn thieát (taàn soá phaùt xuoáng). Tín hieäu sau khi qua boä loïc ñöôïc ñöa vaøo maïch khuyeách ñaïi coâng suaát cao (HPA) khuyeách ñaïi tín hieäu ñeán möùc thieát keá roài ñöa ñeán anten böùc xaï xuoáng traïm maët ñaát. Linh kieän khuyeách ñaïi taàng naøy cuõng thöôøng duøng ñeøn soùng chaïy (TWT) hoaëc transistor hieäu öùng tröôøng FET . 4.2. Phaân boá daûi taàn cuûa boä phaùt ñaùp Baêng taàn phaân boå cho boä phaùt ñaùp veä tinh coù theå töø vaøi traêm MHz leân ñeán vaøi GHZ. Baêng taàn naøy thöôøng ñöôïc chia thaønh caùc baêng taàn con (theo phaân ñònh cuûa ITU). Haàu heát caùc boä phaùt ñaùp thöôøng ñöôïc thieát keá vôùi daûi thoâng 36MHz, 54MHz, hoaëc 72MHz, trong ñoù daûi thoâng 36MHz laø chuaån ñöôïc duøng phoå bieán cho dòch vuï truyeàn hình baêng C (6/4 GHz). Hieän nay moät soá loaïi loaïi boä phaùt ñaùp coù xöû lyù tín hieäu ñaõ ñöôïc ñöa vaøo söû duïng vaø nhö vaäy coù theå caûi thieän ñöôïc chaát löôïng loãi (ñoái vôùi truyeàn tín hieäu soá ). Trong quyõ ñaïo ñòa tónh, moãi veä tinh ñöôïc ñaët ôû moät vò trí toaï ñoä xaùc ñònh vaø laøm vieäc vôùi moät baêng taàn xaùc ñònh. Ví duï, trong baêng taàn C (6/4GHz) veä tinh ñöôïc söû duïng moät phaân ñònh phoå roäng laø 500MHz. Nhö vaäy veä tinh coù theå ñaët 24 boä phaùt ñaùp lieàn keà nhau vaø moãi boä phaùt ñaùp söû duïng daûi thoâng 36MHz trong daûi thoâng phaân ñònh 500MHz. Coù theå thöïc hieän ñöôïc ñieàu ñoù baèng caùch boá trí 12 boä phaùt ñaùp laøm vieäc vôùi tín hieäu soùng böùc xaï phaân cöïc ñöùng vaø 12 33
34. boä phaùt ñaùp laøm vieäc vôùi phaân cöïc ngang. Hình 4-2 moâ taû söï boá trí 12 keânh phaân cöïc doïc vaø 12 keânh phaân cöïc ngang trong daûi thoâng phaân ñònh laø 500MHz . Daûi thoâng 500 MHz Daûi thoâng 36 MHz C1 C3 C5 C7 C9 3700 3900 4100 3720 3800 4000 4200 f(MHz) 4040 3760 3840 3920 4080 4160 3960 4120 a) Phaân cöïc ngang 3880 C2 C4 C6 C8 3700 3800 3900 4100 4200 f(MHz) 3740 3860 4060 4180 3780 3820 3940 3980 4020 4140 b) Phaân cöïc ñöùng HÌnh 4.2- Phaân boá daûi taàn cuûa boä phaùt ñaùp veä tinh 6/4GHz Caùc veä tinh loaïi naøy chuû yeáu chuyeån tieáp cho tín hieäu hình. Ñeå caùc veä tinh ñòa tónh khoâng gaây nhieãu laãn nhau thöôøng phaûi ñaët toaï ñoä caùch nhau 20 cho veä tinh baêng C, caùch nhau 30 cho baêng Ku. 4.3. Caùc maïng veä tinh nhieàu chuøm Caùc maïng veä tinh moät chuøm tia coù theå cung caáp moät vuøng bao phuû toaøn boä khu vöïc traùi ñaát maø coù theå nhìn thaáy veä tinh vaø do vaäy coù theå thieát laäp ñöôïc caùc tuyeán lieân laïc cöï ly xa. Nhöng trong tröôøng hôïp naøy ñoä taêng ích cuûa anten bò giôùi haïn bôûi goùc môû cuûa chuøm tia . Ñoái vôùi veä tinh cung caáp vuøng bao phuû chæ goàm moät phaàn cuûa traùi ñaát (moät vuøng hoaëc moät quoác gia ) nhôø moät chuøm tia heïp ( moät chuøm tia vuøng hoaëc moät vieäc). Thì ñoä taêng ích anten ñöôïc cao hôn nhôø söï giaûm goùc môû cuûa cuûa chuøm tia anten (hình 4-3). O O 5 5 7 , , Hình 4.3- Vuøng bao 7 1 1 = phuû toaøn caàu vaø = B d B 3 vuøng bao phuû cuûa d 3 θ θ moät soá chuøm heïp 34
35. 4.3.1.Öu ñieåm cuûa veä tinh nhieàu chuøm - Khi thay ñoåi töø moät veä tinh coù vuøng bao phuû toaøn caàu sang moät veä tinh nhieàu chuøm thì cho pheùp tieát kieäm ñöôïc kích thöôùc traïm maët ñaát daãn tôùi giaûm giaù thaønh traïm maët ñaát . - Cho pheùp taùi söû duïng taàn soá. Taùi söû duïng taàn soá laø vieäc söû duïng nhieàu laàn cuøng moät daûi taàn theo moät caùch thöùc sao cho laøm gia taêng toång dung löôïng cuûa maïng maø khoâng laøm gia taêng daûi taàn ñöôïc phaân phoái. Trong veä tinh moät chuøm vieäc taùi söû duïng taàn soá nhôø vaøo phaân cöïc tröïc giao, coøn trong veä tinh nhieàu chuøm tính taùch bieät cuûa höôùng tính anten coù theå ñöôïc khai thaùc ñeå taùi söû duïng cuøng moät daûi taàn trong caùc chuøm khaùc nhau. Trong tröôøng hôïp taùi söû duïng taàn soá nhôø phaân cöïc tröïc giao, daûi thoâng B chæ ñöôïc söû duïng hai laàn. Trong tröôøng hôïp taùi söû duïng nhôø taùch goùc, daûi taàn B coù theå ñöôïc taùi söû duïng cho bao nhieâu luoàng cuõng ñöôïc neáu möùc can nhieãu cho pheùp. Veà maët lyù thuyeát moät veä tinh coù M chuøm, daûi taàn B, keát hôïp hai kieåu taùi söû duïng taàn soá noùi treân thì heä soá taùi söû duïng taàn soá laø 2M. 4.3.2. Lieân keát giöõa caùc vuøng bao phuû Moät heä thoáng veä tinh ña chuøm phaûi ñaët ôû moät vò trí ñeå lieân keát taát caû caùc traïm maët ñaát cuûa maïng do vaäy phaûi cung caáp vieäc ñaáu noái qua laïi giöõa caùc vuøng phuû soùng. Khi söû duïng boä phaùt ñaùp thoâng thöôøng coù ba kyõ thuaät lieân keát caùc vuøng phuû soùng: - Lieân keát baèng böôùc nhaûy boä phaùt ñaùp . - Lieân keát baèng chuyeån maïch treân veä tinh. - Lieân keát baèng queùt chuøm. 1. Lieân keát nhôø böôùc nhaûy cuûa boä phaùt ñaùp Baêng taàn phaân phoái cho heä thoáng ñöôïc chia thaønh soá baêng taàn con baèng vôùi soá chuøm. Moät nhoùm caùc boä loïc treân veä tinh seõ phaân caùch caùc soùng mang theo baêng taàn con maø chuùng chieám. Ñaàu ra moãi boä loïc ñöôïc keát noái tôùi anten cuûa chuøm ñích qua moät boä phaùt ñaùp. Nhaát thieát phaûi söû duïng moät soá löôïng boä loïc vaø boä phaùt ñaùp ít nhaát cuõng baèng bình phöông cuûa soá löôïng caùc chuøm. Hình 4-4 minh hoaï khaùi nieäm naøy cho moät thí duï vôùi hai chuøm . Vôùi kieåu lieân keát naøy, caùc traïm maët ñaát phaûi coù khaû naêng phaùt vaø thu treân nhieàu taàn soá vaø nhieàu phaân cöïc nhaèm nhaûy töø boä phaùt ñaùp naøy sang boä phaùt ñaùp khaùc . 35
36. VEÄ TINH Chuøm Tia 1 Chuøm Tia 2 TUYEÁN XUOÁNG Taàn soá B t Taàn soá 11 11 B BPF B 11 1 tôùi 1 11 1 tôùi 1 B t B 1 tôùi 2 12 12 B 2 tôùi 1 12 BPF 21 Thôøi gian Thôøi gian Taàn soá B t Taàn soá 21 21 B BPF B 21 2 tôùi 1 12 1 tôùi 2 B t 22 B 22 22 2 tôùi 2 B BPF 22 2 tôùi 2 Thôøi gian Thôøi gian Hình 4.4- Lieân keát chuøm nhôø böôùc nhaûy cuûa boä phaùt ñaùp 2. Lieân keát nhôø chuyeån maïch treân veä tinh (SS/TDMA) Nguyeân lyù chuyeån maïch treân veä tinh ñöôïc minh hoaï trong hình 4-5 . Veä tinh Khoái ñieàu khieån phaân boá Tuyeán leân Maùy thu Maùy phaùt Tuyeán xuoáng töø vuøng 1 Ma traän tôùi vuøng 1 chuyeån Tuyeán leân maïch Maùy thu Maùy phaùt Tuyeán xuoáng töø vuøng 2 tôùi vuøng 2 Hình 4.5- Nguyeân lyù cuûa chuyeån maïch treân veä tinh (SS-TDMA) Phaàn taûi bao goàm moät ma traän chuyeån maïch coù theå ñöôïc laäp trình coù soá ñaàu vaøo vaø ñaàu ra baèng vôùi soá caùc chuøm. Ma traän naøy keát noái moãi chuøm thu vôùi moãi chuøm phaùt nhö moät maùy thu vaø moät maùy phaùt. Soá löôïng caùc boä chuyeån tieáp do vaäy baèng soá chuøm. Khoái ñieàu khieån phaân boá keát hôïp vôùi ma traän naøy ñeå thieát laäp 36
37. chuoãi caùc traïng thaùi keát noái giöõa moãi ñaàu vaøo vaø caùc ñaàu ra trong thôøi gian moät khung theo caùch thöùc laø caùc soùng mang tôùi veä tinh trong moãi chuøm seõ ñöôïc ñònh tuyeán tôùi caùc chuøm ñích. Do vieäc lieân keát giöõa hai chuøm laø tuaàn hoaøn, cho neân caùc traïm phaûi löu tröõ löu löôïng töø caùc thueâ bao vaø phaùt noù ñi döôùi daïng caùc khoái bit khi vieäc lieân keát giöõa caùc chuøm ñöôïc thöïc hieän. Do vaäy treân thöïc teá, kyõ thuaät naøy chæ coù theå ñöôïc söû duïng vôùi truyeàn daãn soá vaø truy nhaäp kieåu TDMA. 3. Lieân keát nhôø queùt chuøm Moãi khu vöïc phuû soùng ñöôïc chieáu roïi ñònh kyø bôûi moät chuøm anten maø vieäc ñònh höôùng noù ñöôïc ñieàu khieån bôûi moät maïng taïo chuøm laø moät phaàn cuûa heä thoáng anten phuï ñaët treân veä tinh. Caùc traïm cuûa vuøng phaùt hoaëc thu caùc khoái cuûa chuùng khi vuøng ñöôïc moät chuøm chieáu roïi. Khi khoâng coù boä nhôù treân veä tinh, ít nhaát coù hai chuøm ñöôïc caàn ñeán taïi moät thôøi ñieåm xaùc ñònh. Moät ñeå thieát laäp tuyeán leân vaø moät ñeå thieát laäp tuyeán xuoáng. Thôøi gian chieáu roïi tyû leä thuaän vôùi löôïng taûi caàn vaän chuyeån giöõa hai vuøng. Hình 4-6 minh hoaï cho khaùi nieäm naøy. Boä phaùt ñaùp BFN BFN Chuøm queùt Vuøng cuûa chuøm ñeàu ñaën Hình 4.6- Lieân keát nhôø queùt chuøm 4.3.3. Caùc tuyeán noái lieân veä tinh Caùc tuyeán noái lieân veä tinh (ISL – Intersatellite Links) coù theå ñöôïc xem nhö caùc chuøm ñaëc bieät cuûa caùc veä tinh ña chuøm. Caùc chuøm trong tröôøng hôïp naøy khoâng phaûi höôùng tôùi traùi ñaát maø höôùng tôùi caùc veä tinh khaùc. Coù ba loaïi tuyeán noái lieân veä tinh : - Caùc tuyeán noái giöõa caùc veä tinh quyõ ñaïo ñòa tónh vaø quyõ ñaïo thaáp . - Caùc tuyeán noái giöõa caùc veä tinh ñòa tónh . - Caùc tuyeán noái giöõa caùc veä tinh quyõ ñaïo thaáp . 1. Caùc tuyeán noái giöõa caùc veä tinh ñòa tónh vôùi veä tinh quyõ ñaïo thaáp Kieåu tuyeán noái naøy coù nhieäm vuï thieát laäp moät traïm chuyeån tieáp coá ñònh qua moät veä tinh ñòa tónh giöõa moät hoaëc nhieàu traïm vaø moät nhoùm caùc veä tinh chuyeån ñoäng treân moät quyõ ñaïo thaáp. Vì nhöõng lyù do kinh teá, chính trò, ngöôøi ta khoâng laép 37
38. ñaët moät maïng caùc traïm maët ñaát quaù lôùn ñeå taïi moãi thôøi ñieåm ít nhaát coù moät traïm maët ñaát nhìn thaáy veä tinh ñi qua. Do vaäy moät veä tinh ñòa tónh ñöôïc söû duïng ñeå ñöôïc nhìn thaáy thöôøng xuyeân vaø ñoàng thôøi töø caùc traïm maët ñaát vaø töø caùc veä tinh quyõ ñaïo thaáp. Chuùng ñöôïc söû duïng ñeå chuyeån tieáp thoâng tin. 2. Caùc tuyeán noái giöõa caùc veä tinh ñòa tónh Moät tuyeán noái lieân veä tinh keát hôïp vôùi moät caáu hình traïm maët ñaát phuø hôïp laøm gia taêng dung löôïng cuûa moät heä thoáng maø khoâng phaûi ñaàu tö lôùn cho phaàn maët ñaát. Moät tuyeán noái lieân veä tinh ñòa tónh cho pheùp caùc traïm maët ñaát cuûa hai maïng ñöôïc lieân keát vaø do vaäy môû roäng vuøng phuû soùng cuûa heä thoáng . Caùc tuyeán noái cöï ly xa qua moät veä tinh duy nhaát daãn tôùi goùc ngaång cuûa traïm maët ñaát nhoû deã bò can nhieãu. Neáu tuyeán noái naøy ñi qua hai veä tinh ñòa tónh noái vôùi nhau baèng moät tuyeán noái lieân veä tinh thì goùc ngaång seõ taêng leân. Hình 4-7 trình baøy thieát keá cuûa moät maïng toaøn caàu döïa treân 9 veä tinh ñòa tónh STAR ; 9 veä tinh naøy thieát laäp neân moät cô sôû ñeå truyeàn thoâng toaøn caàu vaø moät taäp hôïp caùc veä tinh cuïc boä ñöôïc keát noái vôùi chuùng qua caùc tuyeán noái lieân veä tinh khu vöïc. O 0 Caùc veä Chaâu Aâu W tinh cuïc boä O E 15 W 96 Nam Myõ Chaâu Phi mS 60O W 25O E 2 4 2 1 8 m 0 S m 21 S 72 60 m Baéc vaø S Taây AÙ Trung Myõ 65O E 95O W 1 2 0 m S Baéc Myõ Ñoâng AÙ 135O W 105O E Caùc Ñaûo Thaùi Bình Döông UÙc vaø Indonexia O 145OE 175 W Hình 4.7- Moät maïng veä tinh toaøn caàu 3. Caùc tuyeán noái giöõa caùc veä tinh quyõ ñaïo thaáp Vôùi nhöõng lôïi theá cuûa caùc veä tinh quyõ ñaïo thaáp vaø söï taéc ngheõn caùc quyõ ñaïo veä tinh ñòa tónh caøng ngaøy caøng gia taêng ñaõ daãn tôùi söï phaùt trieån tieáp theo cuûa caùc veä tinh quyõ ñaïo thaáp. Caùc nhöôïc ñieåm cuûa moät veä tinh quyõ ñaïo thaáp (nhö ñoä daøi thôøi gian truyeàn thoâng bò haïn cheá vaø vuøng phuû soùng töông ñoái heïp) coù theå ñöôïc giaûm ñi trong moät maïng chöùa moät soá löôïng lôùn caùc veä tinh ñöôïc lieân keát vôùi nhau baèng caùc tuyeán noái lieân veä tinh vaø ñöôïc trang bò cô cheá chuyeån maïch giöõa caùc 38
39. chuøm. Nhö maïng IRIDIUM duøng cho dòch vuï thoâng tin caù nhaân thuoäc maïng teá baøo toaøn caàu. Heä thoáng naøy keát hôïp moät chuøm 77 veä tinh. 39
40. 4.4. Caùc maïng veä tinh taùi taïo 4.4.1. Boä phaùt ñaùp taùi taïo Hình 4-8 moâ taû caáu truùc moät boä phaùt ñaùp taùi taïo Boä phaùt ñaùp taùi taïo LNA TUYEÁN LEÂN TUYEÁN XUOÁNG Hình: 4.8- Caáu truùc cuûa boä phaùt ñaùp taùi taïo Töø hình 4-1 moâ taû caáu truùc cuûa moät boä phaùt ñaùp thoâng thöôøng ta thaáy söï khaùc nhau giöõa hai boä phaùt ñaùp laø : Vôùi veä tinh taùi taïo caùc tín hieäu baêng taàn goác, ñaõ duøng ñeå ñieàu cheá soùng mang tuyeán leân, coù maët taïi ñaàu ra boä giaûi maõ ñieàu cheá vaø caùc tín hieäu naøy ñöôïc söû duïng ñeå ñieàu cheá soùng mang cho tuyeán xuoáng. Do vaäy, söï thay ñoåi taàn soá töø tuyeán leân sang tuyeán xuoáng ñaït ñöôïc laø do ñieàu cheá moät soùng mang môùi. Coøn ñoái vôùi boä phaùt ñaùp thoâng thöôøng taàn soá soùng mang tuyeán xuoáng ñaït ñöôïc nhôø söï troän taàn vôùi boä dao ñoäng noäi treân veä tinh. 4.4.2. Ñaëc ñieåm boä phaùt ñaùp taùi taïo Vôùi ñaëc ñieåm coù saün caùc soá nhò phaân treân boä phaùt ñaùp neân taïo ñieàu kieän xöû lyù caùc soá ñoù tröôùc khi phaùt laïi. Vì vaäy veä tinh taùi taïo coù caùc ñaëc tính sau : - Cho pheùp chuyeån maïch giöõa caùc anten thu vaø phaùt khoâng coøn laø chuyeån maïch taàn soá voâ tuyeán maø laø chuyeån maïch taïi baêng taàn goác. Do ñoù ma traän chuyeån maïch taàn soá voâ tuyeán ñöôïc thay theá baèng boä nhôù, tieáùp sau laø gheùp keânh caùc soá nhò phaân ñöôïc löu tröõ tröôùc khi truyeàn daãn treân caùc tuyeán xuoáng khaùc nhau. Ñieàu naøy cho pheùp caùc traïm maët ñaát phaùt ñi toaøn boä thoâng tin cuûa chuùng theo cuøng moät khoái bit vaø do vaäy chæ phaùt ñi moät khoái bit duy nhaát cho moãi khung. Soá löôïng khoái bít cho moãi khung giaûm xuoáng vaø hieäu quaû cuûa khung taêng leân . - Cho pheùp chuyeån ñoåi toác ñoä giöõa tuyeán leân vaø tuyeán xuoáng nhôø giaûi ñieàu cheá treân veä tinh, caùc soá nhò phaân cuûa löu löôïng giöõa caùc maïng, ñöôïc thu theo caùc soùng mang coù caùc toác ñoä khaùc nhau coù theå ñöôïc chuyeån maïch taïi baêng taàn goác vaø ñöôïc keát hôïp laïi tröôùc khi phaùt tôùi caùc tuyeán xuoáng khaùc nhau phuø hôïp vôùi nôi ñeán cuûa chuùng vaø khoâng phuï thuoäc vaøo dung löôïng cuûa soùng mang hình 4-9 minh hoaï cho vaán ñeà naøy. 40
41. Veä tinh thoâng thöôøng Boä phaùt ñaùp Boä phaùt ñaùp toác ñoä thaáp toác ñoä cao Traïm toác Traïm toác ñoä thaáp ñoä cao Veä sinh taùi taïo Traïm toác Traïm toác ñoä cao ñoä cao Traïm toác Traïm toác ñoä thaáp ñoä thaáp Doøng toác ñoä cao Doøng toác ñoä cao Töø traïm Ma traän chuyeån Tôùi traïm toác ñoä cao toác ñoä cao maïch viba Boä phaân phoái Ma traän Boä keát hôïp Giaûi ñieàu cheá chuyeån Taùi ñieàu cheá maïch Giaûi ñieàu cheá Taùi ñieàu cheá baêng Giaûi ñieàu cheá taàn goác Taùi ñieàu cheá Töø caùc traïm Caùc doøng Caùc doøng Töø caùc traïm toác ñoä thaáp toác ñoä thaáp toác ñoä thaáp toác ñoä thaáp Hình 4.9: Lieân keát hai maïng vôùi caùc soùng mang coù dung löôïng khaùc nhau. a) Tröôøng hôïp veä tinh trong suoát b) Tröôøng hôïp veä tinh taùi taïo -Thay theá caùc veä tinh ña chuøm baèng caùc veä tinh ñôn chuøm, chuøm naøy queùt laàn löôït caùc khu vöïc khaùc nhau cuûa vuøng phuïc vuï. Taäp hôïp caùc khu vöïc ñöôïc chuøm tia queùt ñeán hình thaøønh vuøng phuû soùng cuûa heä thoáng. Khi chuøm naøy naèm taïi moät khu vöïc queùt naøo ñoù, thì thoâng tin daønh saün cho caùc traïm trong khu ñoù seõ ñöôïc taùch ra khoûi boä nhôù treân veä tinh vaø ñöôïc phaùt ñi trong daïng gheùp keânh. Ñoàng thôøi caùc traïm trong khu vöïc ñoù phaùt caùc thoâng tin daønh cho taát caû caùc traïm khaùc cuûa maïng tôùi veä tinh. Caùc thoâng tin naøy ñöôïc löu tröõ trong boä nhôù treân veä tinh ñeå phaùt ñi sau ñoù taïi thôøi ñieåm khi chuøm ñi qua vuøng ñích (hình 4-10). 41
42. Giaûi ñieàu cheá Boä nhôù Giaûi ñieàu cheá (RAM) Ñieàu khieån BFN Chuøm queùt Vuøng chuøm cö truù Hình 4.10: Maïng veä tinh queùt ñôn chuøm kieåu taùi - Nhaèm taïo thuaän tieän cho vieäc laép ñaët caùc traïm maët ñaát giaù thaønh thaáp, söû duïng veä tinh taùi taïo vôùi ñöôøng leân duøng phöông phaùp ña truy nhaäp FDMA coøn ñöôøng xuoáng duøng kyû thuaät TDM. Vôùi giaûi phaùp naøy cho pheùp boä phaùt ñaùp laøm vieäc ôû cheá ñoä baõo hoaø daãn ñeán EIRP cöïc ñaïi vaø heä soá phaåm chaát G/T cuûa traïm maët ñaát coù theå giaûm ñi ñöôïc. Giaûi phaùp naøy ñöôïc moâ taû ôû hình 4-11 . 1 f1 DEM FDMA f oác f f2 DEM g MOD TDM LNA TWT 1 2 taàn g L0 DEM TAÙCH KEÂNH f baên fM 2 DEM Gheùp keânh TMD M Ma traän chuyeån maïch M f Taàn soá Taàn soá Cheá ñoä lieân tuïc Cheá ñoä lieân tuïc M 2 2 1 1 M Thôøi gian Thôøi gian Tuyeán leân FDMA Tuyeán xuoáng TDM DEM: Giaûi ñieàu cheá MOD: Ñieàu cheá Hình 4.11: Maïng lieân quan ñeán moät boä phaùt ñaùp taùi taïo 42
43. Toùm laïi so vôùi heä thoáng veä tinh thoâng thöôøng thì veä tinh taùi taïo chòu ñöôïc möùc can nhieãu cao hôn. Nhôø xöû lyù treân veä tinh neân daãn tôùi ñôn giaûn hoaù trang thieát bò traïm maët ñaát. Tính toaùn thieát keá tuyeán thuaän lôïi cho pheùp giaûm bôùt caùc yeâu caàu kyõ thuaät thu phaùt cuûa traïm neân giaù thaønh giaûm. Do vaäy, heä thoáng naøy taïo thuaän tieän cho vieäc môû roäng caùc maïng coù moät soá löôïng lôùn caùc traïm nhoû gaàn vôùi ngöôøi söû duïng. 43
44. CHÖÔNG V THIEÁT KEÁ TUYEÁN THOÂNG TIN VEÄ TINH 5.1. Giôùi thieäu Tuyeán thoâng tin veä tinh laø ñöôøng noái lieàn maët ñaát – khoâng gian - maët ñaát goàm coù nhieàu thaønh phaàn khaùc nhau nhö boä phaùt ñaùp veä tinh, ñöôøng truyeàn daãn, maùy thu phaùt traïm maët ñaát. Taïi moãi phaàn, chaát löôïng cuûa tuyeán bò giaûm ôû moät möùc ñoä naøo ñoù do taïp aâm sinh ra trong phaàn ñoù. CCIR (Uyû ban tö vaán veà thoâng tin voâ tuyeán quoác teá) ñöa ra moät tieâu chuaån lieân quan ñeán coâng suaát taïp aâm cho pheùp ñoái vôùi vieäc truyeàn daãn caùc tín hieäu thoaïi vaø truyeàn hình trong dòch vuï veä tinh coá ñònh. Thieát keá tuyeán coù theå ñöôïc xem nhö laø vieäc phaân phoái coâng suaát taïp aâm trong töøng phaàn cuûa tuyeán thoâng tin ñeå phuø hôïp vôùi caùc yeâu caàu veà taïp aâm ñaõ neâu trong caùc khuyeán nghò cuûa CCIR. Moät ñieåm quan troïng nöõa laø khi thieát keá ñöôøng truyeàn sao cho ñaït hieäu quaû cao nhaát nghóa laø chaát löôïng tuyeán cao nhöng giaù thaønh phuø hôïp . 5.2. Caùc chæ tieâu chaát löôïng CCIR thieát laäp caùc chæ tieâu chaát löôïng ñeå thoaû maõn cho nhieàu loaïi hình dòch vuï vaø thöïc hieän caùc quaù trình ñieàu cheá. CCIR ñöa ra ba ngöôõng chaát löôïng khoâng ñöôïc pheùp vöôït quaù trong moät phaàn traêm thôøi gian cho tröôùc. Ñoái vôùi thoâng tin thoaïi caùc ngöôõng chaát löôïng ñöôïc toùm taét trong baûng 5-1 . Baûng 5-1 Caùc chæ tieâu chaát löôïng ñoái vôùi thoaïi Thoaïi soá Thoaïi töông töï (PCM) Caùc ñieàu kieän ño Coâng suaát taïp aâm BER taïi möùc chuaån 20% cuûa thaùng baát kyø (giaù trò trung bình 1 phuùt) 10.000 pWOp 20% cuûa thaùng baát kyø (giaù trò trung bình 10 phuùt) 10-6 0,3% cuûa thaùng baát kyø (giaù trò trung bình 1 phuùt) 50.000 pWOp 10-4 0,01% cuûa naêm baát kyø (giaù trò toång treân 5ms) 1.000.000 pWOp ( khoâng troïng soá) 0,01% cuûa thaùng baát kyø (giaù trò trung bình 1s) 10-3 Ñoái vôùi truyeàn hình veä tinh, chæ tieâu chaát löôïng laø tyû soá tín hieäu treân taïp aâm (S/N) (troïng soá ) phaûi baèng hoaëc lôùn hôn 53dB trong 99% thôøi gian vaø 45dB trong 99,9% thôøi gian. Khi coù thoáng keâ suy hao do caùc ñieàu kieän khí quyeån, thì coù theå tính ñöôïc tyû soá tín hieäu treân nhieät taïp aâm nhaän ñöôïc taïi ñaàu vaøo maùy thu traïm maët ñaát cho caùc 44
45. phaàn traêm thôøi gian khaùc nhau, töø ñoù kieåm tra heä thoáng coù thoaû maõn tieâu chuaån chaát löôïng ñaõ ñeà ra khoâng. Tuy nhieân khi tính toaùn ta phaûi ñeà ra moät döï tröõ nhaát ñònh do coù söï sai khaùc giöõa lyù thuyeát vaø chaát löôïng thieát bò thöïc teá vaø ñeå ñeà phoøng söï giaûm tín hieäu hoaëc taêng taïp aâm (nhieãu do caùc maïng khaùc, nhieãu ña ñöôøng truyeàn hoaëc nhieãu do caùc keânh laân caän ) . 5.3. Caùc chæ tieâu saün saøng Moät tuyeán thoâng tin veä tinh coá ñònh ñöôïc xem laø khoâng saün saøng neáu nhö moät trong caùc ñieàu kieän sau toàn taïi ôû thieát bò thu ñaàu cuoái cuûa tuyeán . - 0,2% cuûa naêm trong tröôøng hôïp hoûng hoùc (thôøi gian ngöøng treä dòch vuï phaûi nhoû hôn 18 giôø / naêm). - 0,2% cuûa thaùng baát kyø neáu dòch vuï bò ngöng treä do truyeàn soùng . - Trong truyeàn daãn töông töï keânh thoaïi, coâng suaát taïp aâm khoâng troïng soá taïi möùc 0 töông ñoái, vôùi thôøi gian tích hôïp laø 5ms, vöôït quaù 10-6pWOp . - Trong truyeàn daãn soá, BER vöôït quaù 10-3 . 5.4. Quan heä giöõa chaát löôïng vaø C/N Chaát löôïng cuûa moät keânh thoâng tin voâ tuyeán ñöôïc ñaùnh giaù baèng tyû soá soùng mang treân taïp aâm (C/N) vaø löôïng meùo tín hieäu thu. Trong tuyeán thoâng tin veä tinh, aûnh höôûng khí quyeån gaây ra meùo tín hieäu thu laø nhoû, vì theá chaát löôïng ñöôøng truyeàn coù theå chæ caàn xaùc ñònh baèng C/N cuûa ñöôøng truyeàn . Quan heä giöõa C/N vaø BER (trong heä thoáng PSK soá) hoaëc S/N (trong heä thoáng FM töông töï ) ôû tín hieäu thu tuyø thuoäc vaøo ñieàu cheá vaø giaûi ñieàu cheá trong heä thoáng. Vì theá coù theå tính C/N caàn thieát töø ñöôøng cong C/N – S/N hoaëc C/N – BER ñoái vôùi chaát löôïng tuyeán yeâu caàu (BER hoaëc S/N), nhö treân hình 5-1. BER S/N BER S/N caàn I caàn I thieát thieát I I C/N caàn thieát C/N caàn thieát b) Ñieàu cheá FM a) Ñieàu cheá PSK Hình 5.1: Quan heä bình thöôøng giöõa C/N caàn thieát vaø chaát löôïng tuyeán truyeàn Khi khaû naêng khoâng saün saøng do möa laø chuû yeáu, thì ta phaûi xaùc ñònh moái quan heä giöõa giaù trò löôïng möa theo giôø vaø xaùc suaát xaûy ra möa (döïa vaøo thôøi gian thoáng keâ löôïng möa haøng naêm cuûa vuøng ñoù). Ví duï nhö ôû chaâu AÂu cöôøng ñoä möa 30mm/h coù xaùc suaát 0,01% naêm töông ñöông vôùi 53phuùt/naêm. Coøn ôû khu vöïc Ñòa Trung Haûi thì xaùc suaát 0,01%naêm laø 50mm/h. Caùc vuøng xích ñaïo xaùc suaát 0,01% 45
46. naêm laø 120mm/h. Hình 5-2 bieåu dieãn caùc ñöôøng ñaúng möùc cöôøng ñoä möa vöôït quaù 0,01% thôøi gian trong naêm. 46
47. Ñeå xaùc ñònh suy hao do möa ngoaøi caùc yeáu toá cöôøng möa, xaùc suaát möa coøn moät soá yeáu toá khaùc nhö taàn soá soùng, chieàu daøi ñoaïn ñöôøng thöïc teá soùng ñi trong möa (phuï thuoäc vaøo ñoä cao côn möa, vó ñoä ñieåm thu, goùc ngaång anten). Ñöôïc xaùc ñònh theo coâng thöùc : γR = αR L S Trong ñoù : αR : Ñoä suy giaûm treân moät ñôn vò chieàu daøi (dB/km), phuï thuoäc vaøo taàn soá coâng taùc vaø cöôøng ñoä möa, coù theå ñöôïc xaùc ñònh baèng ñoà bieåu. Hình 5-3 laø ñoà bieåu do CCIR cung caáp ñeå tính heä soá naøy. 47
48. LS : Chieàu daøi ñoaïn ñöôøng thöïc teá soùng ñi trong möa, phuï thuoäc vaøo goùc ngaång vaø ñoä cao côn möa. − hR hS LS = sin E 0 hR : Ñoä cao côn möa (hR = 4km vôùi 0 < vó ñoä <36 ) hS : Ñoä cao anten so vôùi maët nöôùc bieån γR : Ñoä suy hao do möa 5.5 C/N TOÅNG Tyû soá C/N taïi maùy thu laø moät yeáu toá quan troïng trong vieäc thieát keá moät tuyeán thoâng tin ñeå ñaûm baûo chaát löôïng yeâu caàu. C/N maùy thu laø tyû soá coâng suaát soùng mang treân coâng suaát taïp aâm taïi ñaàu vaøo maùy thu. Ñeå tính ñöôïc C/N toång trong thoâng tin veä tinh, tröôùc heát ta phaûi tìm C/N tuyeán leân vaø C/N tuyeán xuoáng rieâng bieät. Sau ñoù C/N toång giöõa hai traïm coù theå ñöôïc bieåu thò bôûi phöông trình : ()C / N ()C / N ⎡ − U − D ⎤ 10 10 (C/N)T = -10 log ⎢10 +10 ⎥ (5.1) ⎣⎢ ⎦⎥ Trong ñoù : (C/N)T : C/N toång (dB) (C/N)U : C/N ñöôøng leân (dB) (C/N)D : C/N ñöôøng xuoáng (dB) 5.6. Coâng suaát soùng mang Coâng suaát thu laø yeáu toá quan troïng nhaát trong vieäc xaùc ñònh chaát löôïng cuûa moät tuyeán thoâng tin veä tinh. Ñöôïc bieåu thò qua phöông trình sau : PR = PT – LT + GT - LP + GR - LR (dB) (5.2) Trong ñoù : PR : Coâng suaát thu PT : Coâng suaát phaùt GR : Heä soá taêng ích anten thu GT : Heä soá taêng ích anten phaùt LT : Toån hao heä thoáng tieáp soùng phaùt LR : Toån hao heä thoáng tieáp soùng thu LP : Toån hao ñöôøng truyeàn Trong thoâng tin veä tinh ngöôøi ta thöôøng söû duïng anten parabol. Heä soá taêng ích anten parabol nhö ñaõ ñöôïc neâu ôû phaàn 3.1.4 ñöôïc moâ taû qua bieåu thöùc : 2 ⎛πD ⎞ G= η ⎜ ⎟ (5.3) ⎝ λ ⎠ 48
49. Heä soá taêng ích cuûa anten veä tinh thöôøng khoaûng 15dB ñoái vôùi moät anten phuû soùng toaøn caàu ôû taàn soá 6GHz hoaëc töø 30 ñeán 40 dB cho taàn soá 14GHz . Heä thoáng tieáp soùng ñöôïc thieát keá sao cho toån hao caøng nhoû caøng toát. Trong thöïc teá toån hao heä thoáng tieáp soùng traïm maët ñaát thöôøng töø 1 ñeán 2 dB vaø ôû veä tinh khoaûng 1dB hoaëc nhoû hôn . (PT – LT + GT) trong phöông trình (5.2) bieåu thò coâng suaát thöïc teá phaùt tôùi maùy thu. Nghóa laø, noù töông ñöông vôùi coâng suaát phaùt caàn thieát khi söû duïng anten khoâng coù taêng ích vaø heä thoáng tieáp soùng khoâng coù toån hao. Coâng suaát ñoù ñöôïc goïi laø EIRP (coâng suaát böùc xaï ñaúng höôùng töông ñöông ) vaø ñöôïc bieåu thò baèng phöông trình : EIRP = PT - LT + GT (dB) (5.4) EIRP thöôøng ñöôïc söû duïng ñeå bieåu thò khaû naêng cuûa moät phöông tieän truyeàn daãn cuûa ñoái vôùi thoâng tin veä tinh . Toån hao truyeàn soùng laø teân chung ñoái vôùi toån hao khoâng gian töï do xaùc ñònh baèng cöï ly truyeàn soùng vaø toån hao xaûy ra do haáp thuï bôûi taàng ñieän ly, khoâng khí vaø möa. Noù ñöôïc bieåu dieãn baèng phöông trình (5.5) LP = Γ + LI + LA + LR (5.5) Trong ñoù : LP : Toån hao truyeàn soùng LI : Toån hao haáp thuï trong taàng ñieän ly LA : Toån hao haáp thuï trong khoâng khí LR : Suy hao do möa Γ : Toån hao khoâng gian töï do 2 ⎛ 4πR ⎞ Γ = ⎜ ⎟ ⎝ λ ⎠ R : Cöï ly truyeàn soùng λ : Böôùc soùng voâ tuyeán Trong thoâng tin veä tinh toån hao khoâng gian töï do chieám phaàn lôùn toån hao ñöôøng truyeàn, toån hao do haáp thuï bôûi taàng ñieän ly vaø khoâng khí laø khoâng ñaùng keå vaø coù theå boû qua trong thieát keá. Tuy nhieân, neáu söû duïng taàn soá lôùn hôn 10GHz thì suy hao do möa laø yeáu toá quan troïng nhaát quyeát ñònh ñeán chaát löôïng tuyeán. Hình 5.4 bieåu dieãn söï thay ñoåi coâng suaát soùng mang tuyeán xuoáng cuûa thoâng tin veä tinh. Qua ñoù ta thaáy toån hao ñöôøng truyeàn laø ñaùng keå . 49
50. Anten veä tinh 50 Taêng ích anten phaùt 0 Ñaàu ra maùy phaùt veä tinh Toån hao truyeàn soùng -50 Toån hao boä truyeàn soùng Möùc coâng suaát -100 Coâng suaát ñaàu vaøo traïm thu maët ñaát Taêng ích anten thu -150 Coâng suaát ñaàu vaøo traïm maët ñaát dBm Hình 5.4: Söï thay ñoåi coâng suaát soùng mang (ñöôøng xuoáng) 5.7. Coâng suaát taïp aâm nhieät Taïp aâm nhieät ñöôïc taïo ra trong maùy phaùt vaø noù keát hôïp vôùi taïp aâm beân ngoaøi ñi vaøo anten thu vaø taïp aâm beân trong taïo ra töø trong maùy thu, anten, heä thoáng tieáp soùng. Maëc duø soá löôïng taïp aâm ñöôïc taïo ra ôû maùy phaùt laø ñaùng keå, nhöng noù giaûm doïc theo ñöôøng truyeàn lan, vì theá khoâng caàn xeùt ñeán loaïi taïp aâm naøy. Ta chæ caàn xeùt ñeán taïp aâm beân trong vaø taïp aâm beân ngoaøi nhö hình 5.5 . Taïp aâm beân ngoaøi Phía phaùt Taïp aâm maùy phaùt Maùy thu Taïp aâm beân trong Hình 5.5- Phaân loaïi nguoàn taïp aâm (ñöôøng xuoáng) 50
51. 5.7.1. Taïp aâm beân ngoaøi Taïp aâm beân ngoaøi bao goàm taïp aâm khoâng gian, taïp aâm beà maët traùi ñaát, taïp aâm khí quyeån vaø taïp aâm möa. Taïp aâm hieäu duïng taïi maët ñaát chuû yeáu laø taïp aâm möa laø nguyeân nhaân chính cuûa suy hao tín hieäu. Khi baàu trôøi trong, taïp aâm gaây ra laø do khí quyeån vaø khoâng gian. Taïp aâm naøy coù nhieät ñoä ño ñöôïc nhoû hôn 100K, vì vaäy ta coù theå boû qua khi thieát keá tuyeán sô boä . Taïp aâm töø beà maët traùi ñaát khoâng aûnh höôûng ñeán traïm maët ñaát bôûi vì ta söû duïng anten coù höôùng, nhöng noù aûnh höôûng ñeán veä tinh thoâng tin vì anten cuûa noù höôùng veà traùi ñaát. Nhieät ñoä taïp aâm cuûa taïp aâm beà maët traùi ñaát thu baèng veä tinh thoâng tin gaàn gioáng nhö cuûa beà maët traùi ñaát . 5.7.2. Taïp aâm beân trong Taïp aâm beân trong xaûy ra trong caùc anten, caùc heä thoáng tieáp soùng vaø caùc maùy thu, toång taïp aâm ñoù laø toaøn boä coâng suaát taïp aâm beân trong. Tuy nhieân taïp aâm xaûy ra taïi caùc ñieåm khaùc nhau coù aûnh höôûng khaùc nhau, vì theá coâng suaát taïp aâm tích hôïp khoâng theå ñaùnh giaù moät caùch ñôn giaûn baèng vieäc xaùc ñònh trò soá taïp aâm. Vì C/N laø trò soá ñaàu vaøo maùy thu, neân ta phaûi bieán ñoåi taïp aâm xaûy ra taïi anten vaø trong heä thoáng tieáp soùng thaønh moät trò soá taïi ñieåm ñaàu vaøo maùy thu nhö cho thaáy treân hình 5-6 . Anten T A To Fiñô LFRX Maùy thu TR TIN Hình 5.6: Soá taïp aâm heä thoáng thu Vaø ñöôïc bieåu dieãn vôùi phöông trình sau : T ⎛ 1 ⎞ A + ⎜ − ⎟ + TIN = T0 ⎜1 ⎟ TR (5.6) LF ⎝ LF ⎠ Trong ñoù : TIN : Toång taïp aâm beân trong TA : Nhieät taïp aâm anten TR : Nhieät taïp aâm maùy thu ⎛ − 1 ⎞ T0 ⎜1 ⎟ : Taïp aâm heä thoáng tieáp soùng ⎝ LF ⎠ T0 : Nhieät ñoä moâi tröôøng 51
52. LF : Suy hao heä thoáng tieáp soùng Phöông trình (5.6) tính caùc taïp aâm xaûy ra trong moãi phaàn quy vaøo ñaàu vaøo. Noùi chung, taïp aâm ñöôïc sinh ra moïi nôi trong thieát bò, nhöng chæ duøng caùc trò soá quy veà ñaàu vaøo cuûa caùc taïp aâm taïo ra taïi moãi ñaàu vaøo trong thieát bò. ⎛ − 1 ⎞ Taïp aâm heä thoáng tieáp soùng ñöôïc bieåu dieãn baèng T0 ⎜1 ⎟ . Ñoù laø coâng ⎝ LF ⎠ suaát taïp aâm quy veà ñaàu vaøo treân moät ñieän trôû, ôû ñoù coâng suaát tín hieäu khi chaûy qua ⎛ − 1 ⎞ noù giaûm xuoáng LF taïi nhieät ñoä moâi tröôøng. Vì vaäy, T0 ⎜1 ⎟ taêng khi LF heä thoáng ⎝ LF ⎠ tieáp soùng taêng, coù nghóa laø coâng suaát taïp aâm beân trong gaây ra bôûi heä thoáng tieáp soùng taêng. Do ñoù caàn phaûi thieát keá heä thoáng tieáp soùng ngaén nhaát, ñeå giaûm bôùt taïp aâm . Nguyeân nhaân chính gaây ra taïp aâm anten laø taïp aâm nhieät xaûy ra taïi anten vaø noù coù nhieät ñoä khoaûng 30 –1000K . Trong moät traïm VSAT, ôû ñoù coù nhieät taïp aâm maùy thu cao neân coù theå boû qua taïp aâm anten, nhöng ñoái vôùi moät traïm maët ñaát lôùn ngöôøi ta söû duïng caùc thieát bò thu chaát löôïng cao, vì theá aûnh höôûng do taïp aâm anten laø lôùn trong toaøn boä heä thoáng . Nhieät taïp aâm ñoái vôùi moät maùy thu baèng toång nhieät taïp aâm xuaát hieän trong moãi phaàn. Ñoái vôùi caùc boä khuyeách ñaïi noái tieáp cho trong hình 5-7 Boä khueách ñaïi 1 Boä khueách ñaïi 2 Boä khueách ñaïi 3 Boä khueách ñaïi K G G G G 1 2 3 K Nhieät taïp aâm T Nhieät taïp aâm T 1 Nhieät taïp aâm T2 3 Nhieät taïp aâm TK Hình 5.7: Boä khueách ñaïi noái tieáp Ñöôïc bieåu dieãn nhieät taïp aâm maùy thu theo phöông trình : T T T = + 2 + 3 + + K TR T1 (5.7) G1 G1G2 G1G2G3 GK −1 Vì tín hieäu trôû neân lôùn hôn khi ñi qua moãi taàng khuyeách ñaïi, neân taùc ñoäng cuûa taïp aâm taïi moãi taàng laïi nhoû ñi. Töø phöông trình (5.7) ta thaáy neáu heä soá khuyeách ñaïi taàng ñaàu ñuû lôùn, thì taïp aâm xaûy ra ôû taàng thöù hai vaø caùc taàng khuyeách ñaïi tieáp theo coù theå boû qua. Vì vaäy, khi caàn phaûi giaûm taïp aâm trong maùy thu xuoáng nhoû hôn nhö laø trong heä thoáng thoâng tin veä tinh, thì phaûi söû duïng taàng khuyeách ñaïi ñaàu tieân coù heä soá khuyeách ñaïi cao vaø khuyeách ñaïi taïp aâm thaáp. Do ñoù, caùc maùy thu thoâng tin veä tinh söû duïng boä khuyeách ñaïi taïp aâm thaáp (LNA), vôùi nhieät taïp aâm ñaàu vaøo cuûa taàng ñaàu tieân laø thaáp. 52
53. 5.7.3. Taïp aâm heä thoáng Taïp aâm ngoaøi vaø taïp aâm beân trong ñeàu toàn taïi trong moät heä thoáng, vì theá taïp aâm toång ñoái vôùi heä thoáng ñoù baèng toång coâng suaát taïp aâm beân ngoaøi vaø beân trong cuûa noù. Ñieàu naøy cho thaáy ôû phöông trình : T + T + T ()L −1 = S A 0 F + TSYS TR (5.8) LF Trong ñoù : TSYS : Nhieät taïp aâm heä thoáng TS : Nhieät taïp aâm beân ngoaøi TA : Nhieät taïp aâm anten TR : Nhieät taïp aâm maùy thu T0 : Nhieät ñoä moâi tröôøng LF : Toån hao heä thoáng tieáp soùng Vôùi phöông trình treân ta söû duïng ñeå tính taïp aâm ñöôøng xuoáng coøn ñoái vôùi ñöôøng leân caùc nguyeân nhaân chính gaây ra taïp aâm laø taïp aâm maùy thu vaø taïp aâm ngoaøi (taïp aâm beà maët traùi ñaát ), vì theá ta coù theå boû qua taïp aâm heä thoáng tieáp soùng vaø taïp aâm anten. Nhö vaäy ta coù theå bieåu dieãn nhieät taïp aâm ñoái vôùi ñöôøng leân baèng phöông trình : TSYS = TS + TR (5.9) Nhö vaäy ta coù theå söû duïng nhieät taïp aâm(TSYS) ñeå tính coâng suaát taïp aâm (NSYS) cho toaøn boä heä thoáng nhö bieåu thò ôû phöông trình : NSYS = 10log(k.TSYS.B) (dBW) (5.10) Trong ñoù : k : Haèng soá Boltzmann = 1,38 x 10-23 (W/Hz/0K) = -228,6 (dBW/HzK) B : Ñoä roäng baêng taàn Söû duïng NSYS naøy vaø PR töø phöông trình (5.2) ta coù theå bieåu thò tyû soá C/N : C/N = PR – NSYS = PT –LT + GT – LP + GR – LR - NSYS (5.11) Vôùi phöông trình treân ta thaáy (GR – LR - NSYS) bieåu thò ñaëc tính maùy thu. Tuy nhieân thoâng soá G/T duøng TSYS thay cho NSYS ñeå bieåu thò chaát löôïng maùy thu, vôùi phöông trình sau : G/T = GR – 10logTSYS – LR (5.12) 5.8. Coâng suaát taïp aâm nhieãu 5.8.1. Can nhieãu taïp aâm khaùc Nhö ñaõ moõ taû ôû phaàn 2.3.8 . Coù boán caùch trong ñoù caùc tuyeán thoâng tin veä tinh coù theå can nhieãu vôùi nhau. Trong soá naøy, nhieãu lôùn xaûy ra giöõa tuyeán viba maët ñaát vaø traïm veä tinh maët ñaát, nhieãu töø tuyeán viba maët ñaát ñeán heä thoáng veä tinh laø khoâng ñaùng keå. Trong thieát keá tuyeán ta caàn chuù yù vò trí ñaët traïm sao cho nhieãu xaûy ra ít nhaát vaø söû duïng anten coù ñaëc tính buùp soùng phuï toát. Nhieãu töø caùc tín hieäu coù 53
54. theå xem nhö laø töông ñöông vôùi taïp aâm neáu nhö möùc coâng suaát tín hieäu laø ñuû thaáp. Töø ñoù vieäc tính toaùn C/N coù theå aùp duïng ñoái vôùi taïp aâm nhieãu (I) . Xaùc ñònh C/I gioáng nhö xaùc ñònh C/N : C/I = PR - I (5.13) Ta cuõng coù theå tính ñöôïc I nhö tính taïp aâm neáu nhö ta bieát caùc ñaëc tính buùp soùng phuï anten vaø caùc thoâng soá nhö laø khoaûng caùch ñöôøng truyeàn ñoái vôùi traïm gaây nhieãu. Ngoaøi ra, nhieãu coù theå ñöôïc xaùc ñònh baèng pheùp ño thöïc teá theo nhieàu caùch . Khi ñoù, caùc tyû soá C/I vaø C/N ñöôïc phoái hôïp ñeå tìm ra (C/N+I) baèng phöông trình : [C/N+I] = -10 log 10 [ 10(-1/10)C/N + 10(-1/10)C/I ] (5.14) 5.8.2. Nhieãu cuøng tuyeán Nhieãu coù theå töø caùc tuyeán thoâng tin khaùc, nhöng nhieãu cuõng coù theå sinh ra ngay trong tuyeán vaø ñöôïc goïi laø nhieãu cuøng tuyeán. Caùc nguyeân nhaân gaây ra nhieãu cuøng tuyeán nhö : - Taïp aâm nhieãu khöû phaân cöïc - Taïp aâm nhieãu keânh laân caän Nhö chæ ra treân hình 5-8 Soùng phaân cöïc ñöùng Soùng phaân cöïc Taàn soá ngang Nhieãu Nhieãu Nhieãu Nhieãu Taàn soá Hình 5.8: Nhieãu khi phaân cöïc vaø nhieãu keânh laân caän Nhieãu khöû phaân cöïc xuaát hieän trong caùc heä thoáng thoâng tin phaân cöïc keùp. Loaïi naøy bò chi phoái bôûi ñaëc tính anten, coøn ñoái vôùi nhieãu keânh laân caän thì do ñaëc tính boä loïc maùy thu . 54
55. 5.9. Phaân phoái taïp aâm Trong moät tuyeán thoâng tin veä tinh caùc loaïi taïp aâm vaø phaân boå cuûa chuùng ñöôïc bieåu thò nhö treân hình 5-9 . Taïp aâm Taïp aâm Taïp maùy thu noäi boä aâm nhieät Taïp aâm ngoaøi Taïp aâm beà C/N + l C/N maët maët ñoái vôùi ñaát ñöoøng leân Taïp Nhieãu khaùc heä aâm thoáng nhieãu Nhieãu cuøng heä C/l thoáng Nhieãu khöû phaân cöïc Nhieãu keânh C/N + I tích laân caän hôïp khi ñaït ñöôïc chaát Taïp aâm maùy löôïng tuyeán theo thu yeâu caàu Taïp aâm anten Taïp aâm noäi boä Taïp aâm heä Taïp thoáng tieáp soùng aâm nhieät Taïp aâm Taïp aâm baàu C/N + l C/N ngoaøi trôøi ñoái vôùi Taïp aâm möa ñöoøng Nhieãu Taïo khaùc Nhieãu ñöôøng xuoáng aâm häthá viba treân maët nhieãu Nhieãu ñát C/l cuøng Nhieãu khöû heä thoáng phaân cöïc Nhieãu keânh laân Hình 5-9 Phaân boå taïp aâm caän Döïa vaøo phaân boå taïp aâm ta coù theå caûi tieán chaát löôïng baèng vieäc thay ñoåi thieát bò sao cho phuø hôïp giöõa chaát löôïng vaø kinh teá 5.10. Tính toaùn ñoä saün saøng Khi söû duïng caùc taàn soá lôùn hôn 10GHz trong caùc tuyeán thoâng tin veä tinh, chaát löôïng tuyeán ñöôïc quyeát ñònh baèng khaû naêng khoâng saün saøng do möa. Do ñoù ta phaûi xeùt ñeán löôïng taêng veà taïp aâm baàu trôøi vaø nhieãu khöû phaân cöïc do möa vaø suy hao coâng suaát thu. Ñeå xaùc ñònh tyû soá thôøi gian khoâng saün saøng, ta caàn phaûi tìm ra löôïng möa cho pheùp töø caùc ñaëc tính möa ôû traïm maët ñaát. Töø ñoù thieát keá heä thoáng coù caùc chæ tieâu kyõ thuaät ñoái vôùi thieát bò ñoøi hoûi coù chaát löôïng tuyeán cao hôn bình thöôøng. 55
56. Tuyø theo loaïi hình thoâng tin maø chaáp nhaän moät möùc ñoä khoâng saün saøng naøo ñoù. Nhaèm ñeå giaûm tính khoâng saün saøng ta laép ñaët moät traïm maët ñaát caùch nhau vaøi chuïc km vaø ñaáu noái chuùng baèng tuyeán thoâng tin treân maët ñaát. Kyõ thuaät naøy goïi laø phaân taäp ñieåm ñöôïc bieåu dieãn treân hình 5-10 . Yeáu toá khoâng saün saøng ngoaøi möa coøn coù nhieãu maët trôøi vaø söï coá thieát bò. Ñoái vôùi nhieãu maët trôøi ñoä khoâng saün saøng moät vaøi phuùt treân ngaøy trong 2 hoaëc 3 ngaøy vaøo luùc thu phaân vaø xuaân phaân. Ñoái vôùi thieát bò, söï coá cho pheùp töø 0,01 – 0,1% thôøi gian hoaït ñoäng vôùi traïm khoâng coù döï phoøng, töø 0,001 – 0,1% thôøi gian hoaït ñoäng ñoái vôùi traïm coù döï phoøng . Thoâng tin veä tinh Ñöôøn Phaân taäp ñòa ñieåm g xuoáng (khoâng gian) ân e l g øn ô ö Traïm maët Ñ Möa ñaát thu Traïm maët Traïm maët ñaát phaùt ñaát thu Tuyeán thoâng tin maët ñaát Hình 5.10- Laép ñaët caùc traïm maët ñaát phaân taäp ñòa ñieåm 5.11. Tính toaùn keát noái ña truy nhaäp Moät ñaëc tính cuûa tuyeán ña truy nhaäp laø soùng voâ tuyeán phaùt töø moät soá traïm maët ñaát ñi vaøo moät boä phaùt ñaùp taïi cuøng moät thôøi ñieåm. Vì vaäy khi thieát keá tuyeán ñöôøng leân töø traïm maët ñaát ñeán veä tinh, ta phaûi xeùt ñeán hai ñieåm sau : - Taïi ñieåm ñaàu vaøo veä tinh thoâng tin, caùc möùc coâng suaát thu töø moãi traïm maët ñaát phaûi gioáng nhau. - Khi söû duïng heä thoáng ña truy nhaäp theo taàn soá (FDMA), phaûi söû duïng möùc luøi ñaàu vaøo ñeå traùnh nhieãu xuyeân ñieàu cheá trong caùc boä khuyeách ñaïi truyeàn daãn cuûa caùc boä phaùt ñaùp . 56
57. CHÖÔNG VI TÍNH TOAÙN TUYEÁN THOÂNG TIN 6.1. Giôùi thieäu chöông Trong thieát keá tuyeán thoâng tin veä tinh ñòa tónh, quan troïng nhaát laø vieäc tính toaùn, löïa choïn caáu hình vaø kích côõ caùc traïm sao cho giaù thaønh thieát bò, chi phí thueâ keânh veä tinh laø nhoû nhaát. Ngoaøi ra, nhö moät ñaëc ñieåm lôùn cuûa thoâng tin veä tinh, moâi tröôøng truyeàn soùng coù aûnh höôûng lôùn ñeán chaát löôïng tín hieäu vaø baûn thaân noù laïi thöôøng thay ñoåi. Vì vaäy khi löïa choïn caùc tham soá cuûa traïm caàn tính ñeán heä soá döï phoøng ñeå duy trì möùc tín hieäu luoân luoân trong giôùi haïn cho pheùp vôùi moät daûi thay ñoåi roäng caùc ñieàu kieän khí haäu, ñaëc bieät khi coù möa lôùn . Saép tôùi nöôùc ta seõ phoùng veä tinh noäi ñòa rieâng cuûa mình thì caùc dòch vuï vieãn thoâng qua veä tinh seõ phaùt trieån nhanh choùng vaø phoå caäp roäng raõi nhö truyeàn hình, ñieän thoaïi, truyeàn soá lieäu Ñeå laép ñaët ñuùng moät anten traïm maët ñaát vaø tính toaùn sô boä moät tuyeán thoâng tin veä tinh, döôùi ñaây trình baøy moät phöông phaùp tính toaùn ñôn giaûn vaø deã thöïc hieän . 6.2. Tính toaùn tuyeán thoâng tin veä tinh 6.2.1. Caùc thoâng soá caàn cho tính toaùn Caáu hình traïm maët ñaát caàn choïn chuû yeáu laø caùc tham soá : • Loaïi anten (ñöôøng kính, hieäu suaát, nhieät ñoä taïp aâm). • Coâng suaát maùy phaùt . Vieäc tính toaùn döïa treân moät soá giaû thieát cho tröôùc nhö : • Chaát löôïng tín hieäu yeâu caàu . • Caùc tham soá suy hao . • Heä soá döï tröõ. Caùc tham soá söû duïng trong tính toaùn thieát keá coù theå phaân chia theo thaønh phaàn heä thoáng lieân quan nhö : 1- Traïm maët ñaát - Vò trí ñòa lyù cuûa traïm, tính toaùn caùc tham soá nhö suy hao do möa, goùc ngaång anten, cöï ly thoâng tin, suy hao ñöôøng truyeàn . - Möùc coâng suaát phaùt xaï ñaúng höôùng töông ñöông (EIRP), coâng suaát phaùt xaï, heä soá phaåm chaát (G/T). - Nhieät taïp aâm heä thoáng. - Aûnh höôûng taïp aâm tôùi tyû soá tín hieäu treân taïp aâm . - Caùc ñaëc ñieåm thieát bò (suy hao fiñô, suy hao phaân cöïc anten, ñaëc tính boä loïc ) ñeå bieát heä soá döï tröõ keát noái . 2 - Veä tinh - Vò trí cuûa veä tinh treân quyõ ñaïo. - Möùc EIRP cuûa veä tinh, heä soá phaåm chaát cuûa veä tinh. - Baêng thoâng boä phaùt ñaùp, phaân cöïc soùng, daûi taàn laøm vieäc . 57