1
L
L
u
u
ậ
ậ
n
n


N
H
HT
T
O
O
Á
Á
N
NV
V
À
ÀT
T
H
H
I
I
Ế
Ế
T

ỆT
T
I
I
N
N
H
HV
V
S
S
A
A
T
T

IT
T
H
H
I
I
Ệ
Ệ
U
UC
C
H
H
Ư
Ư
Ơ
Ơ
N
N
G
GM

c
ủ
ủ
a
av
v
i
i
ệ
ệ
c
ct
t
h
h
i
i
ế
ế
t
tk


t
t
ỷ
ỷs
s
ố
ốC
C
/
/
N
Nt
t
h
h
e
e
o
o


yt
t
r
r
ọ
ọ
n
n
g
gt
t
â
â
m
mc
c
ủ
ủ
a
a


t
í
í
n
n
h
ht
t
o
o
á
á
n
nc
c
ự
ựl
l
y
y



n
n
ố
ố
i
iđ
đ
ư
ư
ờ
ờ
n
n
g
gl
l
ê
ê
n
n
,
,


ừđ
đ
ó
ók
k
i
i
ể
ể
m
mt
t
r
r
a
ax
x
e

ấ
t
tl
l
ư
ư
ợ
ợ
n
n
g
gs
s
o
ov
v
ớ
ớ
i
i


ô
n
n
g
g
,
,
q
q
u
u
a
ađ
đ
ó
ót
t
h
h
i
i
ế
ế
t

đ
ấ
ấ
t
tp
p
h
h
ù
ùh
h
ợ
ợ
p
p
.
. Cấu trúc truyền dẫn tiên tiến đối với cả 2 đường lên và xuống. II. CÁC THÔNG SỐ CẦN CHO TÍNH TOÁN
1. Cấu hình trạm mặt đất cần chọn chủ yếu là các tham số:

3. Các tham số sử dụng trong tính toán thiết kế có thể phân chia theo thành
phần hệ thống liên quan như:
 Trạm mặt đất
+ Vị trí địa lý của trạm, tính toán các tham số như suy hao do mưa (đây cũng là
nguồn gây nhiễu loạn ngẫu nhiên nhất), góc nhìn vệ tinh, cự ly thông tin, suy hao
đường truyền.
+ Mức công suất phát xạ đẳng hướng tương đương (EIRP_Equivalent Isotropic
Radiated Power): công suất phát xạ, hệ số phẩm chất (G/T)e của trạm.
+ Nhiệt độ tạp âm hệ thống: liên quan tới độ nhạy và hệ số phẩm chất.
+ Ảnh hưởng của tạp âm điều chế bên trong tới tỷ số tín hiệu trên tạp âm.
+ Các đặc điểm của thiết bị (suy hao fiđơ, suy hao phân cực anten, đặc tính bộ
lọc ) để biết hệ số dự trữ kết nối T.
 Vệ tinh
+ Vị trí của vệ tinh trên quỹ đạo.
+ Mức EIRP của vệ tinh, hệ số phẩm chất (G/T)s của vệ tinh.
+ Băng thông máy phát đáp, dạng phân cực, dải tần làm việc.
+ Mật độ thông lượng bão hoà.
+ Mức lùi công suất đầu vào (IBO), đầu ra (OBO).
5. Khi xem xét đến nhiễu các nhà vận hành vệ tinh sử dụng nhiều phương pháp
khác nhau (như ở Intersat sử dụng thông số C/N(dB) để xem xét nhiễu trong khi ở
Eutesat thì ngược lại sử dụng C/N
o
(dBHz)). Chất lượng và độ sẵn dùng đựoc định
nghĩa là các khoảng % thời gian mà trong đó các mức ngưỡng BER không được vượt
quá.
Trước khi đi vào tính toán bài toán cụ thể ta cần xem xét vấn đề như :
4

 Việc xác định kích thước Aten và công suất yêu cầu trên một đường truyền
là tùy thuộc vào độ lợi của bộ phát đáp. Độ lợi này thường được đưa ra ở trạng
T
T
H
H
Ự
Ự
C
CT
T
Ế
Ế
:
:2.1. Giới thiệu chung
Mục đích chính của việc thiết kế là thiết lập tỷ số C/N
o
theo yêu cầu tại đầu vào
máy thu. Vì vậy trọng tâm của chương này là tính toán các thông số được lựa chọn kỹ
lưỡng để nhận dược tỷ số C/N
o
để đầu vào máy thu đạt yêu cầu, từ đó kiểm tra xem
tuyến đạt chất lượng so với yêu cầu hay không. Qua đó, dựa vào các thông số tính
được để lựa chọn các cấu hình cần thiết cho việc thiết lập trạm mặt đất trong thông tin

ạm cổng
GW
V
Ệ TINH

M
Vệ tinh
θ
er

Tâm quả đất
R
e


0
R

S
A
6

Ta có
SM
MA
tg
e

R
r
Rr
tg
e
e
e





2.2.2.2 Góc phương vị
Góc phương vị là góc dẫn đường cho anten quay tìm vệ tinh trên quỹ đạo địa tĩnh
theo hướng từ Đông sang Tây.
Góc phương vị được xác định bởi đường thẳng hướng về phương Bắc đi qua trạm mặt
đất với đường nối đến vệ tinh. Góc được xác định theo chiều kim đồng hồ như hình 2.3. Góc
phương vị được tính theo biểu thức:


a
= 180
0
+ kinh độ tây hoặc


a
= 180
0
- kinh độ đông

E
Góc phương vị của vệ tinh 2
Góc phương vị của vệ tinh 1
Vệ tinh 2
Vệ tinh 1
Hình 2.3 Góc phương vị của vệ tinh
7)sin(
Ltg
tg
e
a




 (2.2)
Với

là vĩ độ của trạm mặt đất (độ).
e
L là hiệu kinh độ đông của vệ tinh với trạm mặt đất,
e
L = L
s
- L
e
.

Độ lợi anten là thông số rất quan trọng trong trạm mặt đất, anten đặt ở ngõ vào để
khuếch đại tín hiệu rất nhỏ từ picowatt đến nanowatt. Độ khuếch đại lớn sẽ làm tăng tỷ số
C/N
o
, nó liên quan đến đặc tính chảo anten và băng tần công tác:

2
log10







c
Df
G
U
TXe



hoặc:


dBcDfG
UTXe
)lg(20)lg(20)lg(10 


TXeTXee
GPEIRP  )lg(10 [dBW] (2.5)
EIRP
e
thông thường của trạm mặt đất có giá trị từ 0dBW đến 90dBW, còn của vệ tinh
từ 20dBW đến 60dBW.
2.2.3.4. Tổng suy hao tuyến lên L
U
.
Tổng suy hao tuyến lên:
AU
LLL 
FS
(dB) (2.6)
Trong đó:
FS
L - suy hao tuyến phát trong không gian tự do.

A
L
- suy hao do Anten (do mưa và tầng khí quyển).
Trong đó: Suy hao tuyến lên trong không gian tự do được tính theo biểu thức:
)lg(20)4lg(20 cRfL
UFS


(dB) (2.7)

Suy hao tuyến lên Anten được tính theo biểu thức:
rainAGA


c
f
G
U
RX



(2.9)
Với :
U
f : là tần số tín hiệu phát lên.
c : là vận tốc ánh sáng, c = 3.10
8
m/s.
2.2.3.6. Mật độ dòng công suất bức xạ hiệu dụng (trên 1m
2
) của trạm mặt đất
Ф
1
(dBW/m
2
).
Mật độ dòng công suất bức xạ hiệu dụng trên 1m
2
được tính bằng công thức:




IBO


1
1

Hay:






22
1
2
1
/// mdBWmdBWmdBWIBO
sat

 (2.11)
Với : Ф
1
: Mật độ dòng công suất bức xạ mặt đất trên 1m
2

Ф
sat
: Mật độ dòng công suất bức xạ bão hòa (vệ tinh) trên 1m
2

 (2.12)
Với : Ф
t
: Tổng mật độ dòng công suất bức xạ mặt đất trên 1m
2

Ф
sat
: Mật độ dòng công suất bức xạ bão hòa (vệ tinh) trên 1m
22.2.3.8. Tỷ số sóng mang trên tạp âm tuyến lên (C/N
o
)
U
Trong các tuyến thông tin vệ tinh, chất lượng của tuyến được đánh giá bằng tỷ số
công suất sóng mang trên công suất tạp âm (C/N
o
), hay công suất sóng mang trên nhiệt tạp
âm tương đương (C/T
o
). Tạp âm chủ yếu phụ thuộc vào bản thân máy thu, vào môi trường
bên ngoài như môi trường truyền sóng và can nhiễu phụ thuộc các hệ thống viba lân cận…
1) Tỷ số sóng mang trên tạp âm tuyến lên bão hòa (C/N
o
)
Usat
.
Tỷ số sóng mang trên tạp âm tuyến lên bão hòa (C/N



)/(log10)/()/()/()(/
2
1
2
KdBJkKdB
T
G
mdBGmdBWdBHzNC
oo
SL
satUsat


(2.13)
Trong đó: Ф
sat
: Mật độ dòng công suất bão hòa (vệ tinh) trên 1m
2

G
1
: Độ lợi Anten thu (/m
2
).
(G/T)
SL
: Hệ số phẩm chất máy thu vệ tinh.
k : là hằng số Boltzman, k =1,38.10






 (Hz)

 














1
log10)(/ IBO
N
C
dBHzNC
sat
O
U




dBcDfG
DRXe
)lg(20)lg(20)lg(10 

(2.15)
với : D :Đường kính của anten phát.

D
f :Tần số tín hiệu phát xuống.


: hiệu suất của anten,

thường khoảng từ 50% - 80% .
c là vận tốc ánh sáng, c = 3.10
8
m/s.

2.2.4.2 Tổng suy hao tuyến xuống L
D
Tổng suy hao tuyến lên:
AFSD
LLL  (dB) (2.16)
Trong đó: L

T
G
max
(dB/
0
K) (2.18)
Trong đó: (G/T)
Emax
: Hệ số phẩm chất cực đại của trạm mặt đất.
L
R
: suy hao lệch tâm.
L
pol
: Suy hao do phân cực.
δ : Tổng suy hao do Feeder và do mưa.
11 Hình : hjg
Ở đây (G/T)
Emax
được tính bằng biểu thức:

   






Trong đó : G
Rmax
: Độ lợi Anten thu.
T
Dmin
: Nhiễu nhiệt đường xuống(không có thành phần nhiễu
do mưa) Hình : a) T
Dmin
Không bị nhiễu do mưa, b) T
D
Bị nhiễu do mưa
Với T
Dmin
được tính bằng biểu thức:

RgroundskyD
TTTT 
min

Trong đó : T
sky
:nhiễu nhiệt bầu trời.
12

T
ground
:nhiễu nhiệt mặt đất.







 (Hz)




)/(log10)/()()/()(/
2
0
KdBJkKdB
T
G
dBLmdBWEIRPdBHzNC
oo
ES
DSLsat
Dsat

(2.21)
Trong đó: EIRP
SLsat
: Công suất bức xạ bão hòa (vệ tinh) trên 1m
2

G
2.2.4.6. Độ lùi đầu ra OBO.
a) Tổng độ lùi đầu ra OBO
t
.
13
Figure A6.2 OBOt as a function of IBOt

Tổng độ lùi đầu ra OBO
t
được tính bằng biểu thức:

TXsat
TX
t
P
P
OBO


Hay:






1



Hay: )5)((9.0)(
11
 dBIBOdBOBO (2.24)
Trong đó : 14

2.2.4.7. Tỷ số sóng mang trên tạp âm nhiễu tuyến xuống trên một sóng mang
(C/N
o
)
D1
.

Figure 5.18 Geometry of the downlink. P TX: carrier power at satellite
transmitter output; L FTX: feeder loss from satellite transmitter to antenna;
P T: carrier power fed to the satellite antenna GT: satellite antenna transmit
gain in direction of earth station; θ T: satellite antenna half beamwidth angle;
GRmax: earth station antenna receive gain at boresight; θR: earth station
antenna depointing angle; L FRX: feeder loss from earth station antenna to
receiver input; CD: carrier power at receiver input; RX: receiver

Tỷ số sóng mang trên tạp âm nhiễu tuyến xuống trên một sóng mang (C/N
o
)
Hình : a) Nhiễu xuyên điều chế tuyến xuống do búp sóng khác(vệ tinh).
b) Nhiễu xuyên điều chế tuyến xuống do trạm GetWay khác.
Tỷ số sóng mang trên tạp âm nhiễu xuyên điều chế tuyến xuống trên sóng mang
(C/N
o
)
IM
được tính bằng biểu thức:


dBIBOdBOBOnNC
t
vói
t
IM
5)5)((65.1log1079/
0
 (2.26)
Trong đó :
GW
UT
SatelliteGetWay

UT
Satellite

)65.1log(25,minlog10log10/
maxmax,max,0


RXiiSLiSLw
D
i
GBNBBEIRPEIRPNC
(2.27)
Trong đó :

2.2.4.10. Tỷ số sóng mang trên tạp âm nhiễu toàn tuyến trên sóng mang (C/N
o
)
t
.
Tỷ số sóng mang trên tạp âm nhiễu toàn tuyến trên sóng mang (C/N
o
)
t
được tính bằng
biểu thức:





















10
/
10
/
10
/
10
/
0
10101010log10/
00
0
i
IMD
U
NC
NCNCNC
t


18

2.4.1 Công suất bức xạ hiệu dụng của vệ tinh
Công suất bức xạ hiệu dụng EIRP
s
của vệ tinh còn gọi là công suất phát xạ đẳng
hướng tương đương, nó biểu thị công suất của chùm sóng chính phát từ vệ tinh đến trạm mặt
đất. EIRP
s
của vệ tinh thông thường được cho trước .

2.4.4 Công suất sóng mang thu được ở trạm mặt đất
Công suất sóng mang nhận được tại đầu vào máy thu trạm mặt đất được xác định theo
biểu thức :

ReDsRe
GLEIRPC  (dB) (2.12)
với : G
Re
là hệ số khuếch đại của anten thu trạm mặt đất
2.4.5 Công suất tạp âm hệ thống
Công suất tạp âm hệ thống được tính bằng biểu thức:
BlogTlogklog)BkTlg(N
SYSYSSSYS
10101010 
6,228log10


k

Trạm mặt đất :
Việc chọn lựa vị trí trạm mặt đất rất phức tạp phải xét đến các điều kiện sau:
+ Vị trí địa lý của trạm mặt đất giúp ta có thể ước lượng được suy hao do mưa
góc nhìn vệ tinh, EIRP của vệ tinh theo hướng trạm mặt đất và suy hao đường
truyền.
+ Tránh khả năng bị nhiễu loạn ở các trạm viba cùng dải tần số.
19

+ Vị trí ở xa các vùng có cường độ trường lớn.
+ Các đặc tính thiết bị (ví dụ như độ dự trữ, độ phân tập phân cực ) quyết
định một phần độ dự trữ tuyến.
+ Quy mô trạm có thể mở rộng trong tương lai, dễ quản lý, bảo vệ.
Vệ tinh :
+ Vị trí vệ tinh liên quan đến vùng che phủ và góc nhìn của trạm mặt đất.
+ Độ lợi anten phát, thu quyết định đến EIRP và vùng che phủ.
+ Công suất phát liên quan tới EIRP.
+ Độ lợi của bộ phát đáp và đặc tính tạp âm.
+ Tạp âm xuyên điều chế.
Kênh truyền :
+ Tần số hoạt động liên quan đến suy hao tuyến và độ dự trữ tuyến.
+ Các đặc tính lan truyền liên quan đến độ dự trữ tuyến và lựa chọn phương
pháp điều chế.
+ Tạp âm giữa các hệ thống.
Cự ly thông tin, góc ngẩng và góc phương vị của anten trạm mặt đất :

Khoảng cách từ trạm mặt đất đến vệ tinh tính theo công thức:
)cos2(
0
22

ee
rRRrR  (Km) 1.2
Trong đó : (

0
) là góc ở tâm (độ).
R là khoảng cách từ trạm mặt đất đến vệ tinh (Km).
R
e
là bán kính trái đất, R
e
= 6378 (Km).
r là bán kính quỹ đạo vệ tinh địa tĩnh, r = 42.146(Km).
Góc ngẩng anten :
Theo hình vẽ (4.2), góc ngẩng E được tính:

0
0
0
0
0
sin
cos
sin
cos

được tính theo công thức :
)sin(





e
A
Ltg
tg
1.4 Công suất sóng mang :
Công suất thu là một yếu tố quan trọng nhất trong việc xác định chất lượng của
tuyến thông tin vệ tinh.
P
R
= P
T
- L
F
- G
T
- L
P
- G
R
- L
R
1.5
Trong đó:

DL
+ L
T
+ L
FS

L
P
: Suy hao truyền sóng.
L
T
: Suy hao do đặc tính thiết bị.
L
A
: Suy hao do mưa.
L
FS
: Suy hao trong không gian tự do
L
FS
= (4R/λ)
2

4.7
L
DL
: Suy hao hấp thụ trong tầng đối lưu.
Suy hao trong không gian tự do chiếm phần lớn suy hao đường truyền. Khi sử
dụng tần số lớn hơn 10GHz thì suy hao do mưa có thể là nhân tố quyết định chất
lượng tuyến.

0
4.8
22

T
IN
: tạp âm tổng bên trong. T
0
(L
F
- 1): tạp âm hệ thống fiđơ.
T
0
: nhiệt độ môi trường. T
A
: nhiệt tạp âm anten.
T
R
: nhiệt tạp âm máy thu. L
F
: suy hao hệ thông fiđơ (số thực).
Nguyên nhân chính gây ra tạp âm anten là tạp âm nhiệt xảy ra tại anten và có
nhiệt độ khoảng (30100)
0
K.
Nhiệt tạp âm đối với một máy thu bằng tổng nhiệt tạp âm gây ra trong mỗi
phần. Nhiệt tạp âm của máy thu được dựa trên công thức :
)1(2121
3
1

2
,T
3
, T
K
lần lượt là nhiệt tạp âm của các tầng.
Vì tín hiệu trở nên lớn hơn khi đi qua mỗi tầng khuếch đại, nên tác động tạp
âm của mỗi tầng lại nhỏ đi. Như vậy khi cần giảm tạp âm trong máy thu xuống nhỏ
hơn như là trong hệ thống thông tin vệ tinh, thì sử dụng tầng khuếch đại đầu tiên có hệ
số khuếch đại cao thì tạp âm xảy ra tại tầng 2 và các tầng tiếp theo có thể bỏ qua. Tạp
âm đầu vào tầng đầu tiên là (70300)
0
K.
Xác định độ dự phòng công suất trạm mặt đất :
Khi phân tích để thiết kế các tuyến phải xác định độ dự phòng có thể cho phép
để xác định các chỉ tiêu kỹ thuật đối với trạm mặt đất. Phải chấp nhận một độ dự
phòng nào đó. Môi trường truyền dẫn ở Việt Nam thì ta thấy suy hao do mưa là yếu tố
quan trọng nhất trong các yếu tố ảnh hưởng. Cho nên việc tính toán suy hao do mưa
cần phải thận trọng, đóng vai trò quan trọng để đi đến độ dự trữ đạt giá trị nào. Ngoài
ra, những yếu tố như: sự hấp thụ khí quyển, nhiễu mặt trời, giao thoa bên trong hệ
thống và giữa các hệ thống, sự lão hóa thiết bị, tính không hiệu quả của thiết bị cũng
cần phải xem xét. Vì vậy ta phải tính đến các yếu tố đó để đảm bảo độ dự phòng công
suất của trạm và đảm bảo được chất lượng tuyến. 23


-23
(W/Hz
0
K)
B là băng thông của máy thu.
T
U
là nhiệt tạp âm tuyến lên:
ASRSU
TTT 
Nhiệt tạp âm của máy thu vệ tinh được tính theo biểu thức:

0
10
110 T)(T
F
RS

Trong đó, F [dB] là hệ số tạp âm của máy thu vệ tinh và T
0
là nhiệt độ
chuẩn, KT
0
0
290
2.3.7 Tỷ số sóng mang trên tạp âm tuyến lên
Trong các tuyến thông tin vệ tinh, chất lượng của tuyến được đánh giá bằng tỷ số
công suất sóng mang trên công suất tạp âm (C/N), hay công suất sóng mang trên nhiệt tạp âm
tương đương (C/T). Tạp âm chủ yếu phụ thuộc vào bản thân máy thu, vào môi trường bên
ngoài như môi trường truyền sóng và can nhiễu phụ thuộc các hệ thống viba lân cận.

u
với đường lên là 14GHz và đường
xuống là 12GHz. Với một trạm GetWay(trạm cổng-Hub) và 3 nhóm (G = 3) UserTerminal.
Mỗi nhóm gồm 20 trạm UT (L = 20).
 Trạm mặt đất:
Trạm mặt đất đặt tại Đà Nẵng có các đặc điểm sau:
 Vĩ độ là 16
0
Bắc.
 Kinh độ 102
0
Đông.
 Trạm mặt đất có anten đường kính
 D
UT
1,20m và hiệu suất 60% (η = 60%).
 D
GW
5,5m và hiệu suất 75% (η = 75%)
(đường kính-công suất GW lớn hơn UT).
 Công suất máy phát trạm mặt đất
 P
TX(UT)sat
= 1W.
 P
TX(GW)sat
= 5W.
 Độ cao anten trạm mặt đất so với nước biển 10m.
 Vệ tinh:
 Vị trí của vệ tinh là 120

= 6dB.
 Hệ số suy hao do tầng đối lưu 0,02dB/Km.
 Nhiệt độ môi trường xung quanh trạm mặt đất Txq = 3000K.
4.3.2 Tính toán cự ly thông tin, góc ngẩng, góc phương vị
Tính toán cự ly thông tin
Từ công thức 4.1

0000
0
94,0)3,108120cos().16cos()cos(.coscos 
es
LL




0
=19,73
0
.

 cự ly thông tin
0
2
2
cos 2

rRrRR
ee


e
e

Từ đó suy ra θ
e
= 66.8
0

Góc phương vị Φ
e
Góc phương vị A tính theo công thức 4.4 :

)sin(





e
e
Ltg
tg

= 75,0
16
sin
7,11
0
0
