PHẦN I
TÍNH TOÁN CÔNG SUẤT YÊU CẦU CỦA MÁY PHÁT TRẠM
MẶT ĐẤT TRONG THÔNG TIN VỆ TINH
Đề bài:
Tính công suất yêu cầu của một máy phát thông tin vệ tinh từ
Trạm phát Bình Dương 10°51’N, 106°48’E, Trạm thu Hà Nội 21°09’N,
106°14’E.
a. Với điều kiện:
+ Vào mùa mưa, lượng mưa trung bình là 150mm/h.
+ Nhiệt độ chọn theo mùa mưa ở Việt Nam.
+ Tần số Uplink 6 GHz, Downlink 4 Ghz.
+ Đường kính anten trạm mặt đất l0m.
+ Đường kính anten vệ tinh l,2m.
+ Tỷ lệ lỗi bít cho phép BER 10
-3
.
+ Công suất tối thiểu yêu cầu tại máy thu là P
R
= -75dBmW.
b. Với điều kiện tiêu chuẩn như trên nhưng không mưa.
c. So sánh kết quả cho hai trường hợp tính toán nêu trên.
Bài làm:
Câu a:
Để tính được công suất yêu cầu của một máy phát thông tin vệ tinh từ
một trạm phát đến một trạm thu qua vệ tinh, cần phải xác định:
- Năng lượng đường truyền từ trạm phát lên vệ tinh; từ đó xác định công
suất tối thiểu của máy phát ở trạm phát mặt đất.
- Năng lượng đường truyền từ vệ tinh đến trạm thu; từ đó xác định công
suất tối thiểu của máy phát vệ tinh.
- Trên cơ sở các thông số tính toán thiết kế năng lượng đường truyền kể
trên, có thể áp dụng trong hai trường hợp mùa mưa và mùa khô. Từ đó,

T
: Suy hao hệ thống fiđơ phát
LR : Suy hao hệ thống fiđơ thu
Lp : Suy hao đường truyền.
Trong đó, suy hao đường truyền được xác định bởi (2):
L
p
=г + L
i
+L
a
+L
r
(2)
Trong đó:
г: Suy hao trong không gian tự do
L
i
: Suy hao hấp thụ trong tầng điện ly
L
a
: Suy hao hấp thụ trong không khí
L
r
: Suy hao do mưa.
Do đó, để tính được P
T
thì cần tính được các thông số xác định bởi (1) và (2), cụ
thể:
1. Hệ số tăng ích của anten


=
D
G
Tính theo decibel ta có:
G[dB] = 20 lg
3
10
π
+ 20 lgD + 20 lgf +10 lgη
= 18,18 + 20 lgD + 20 lgf
* Hệ số tăng ích của anten phát, D=8m
G
T
[dB] = 18,18 + 20lgD + 20lgf[dB]
= 18,18 + 20lg8 + 20lg 14 = 59,16 [dB] (3)
* Hệ số tăng ích của anten thu, D=1,2m
G
R
[dB] = 18,18 + 20 lg D + 20 lgf[dB]
= 18,18 + 20 lg1,2 + 20 lg 14 = 42,68 [dB] (4)
2. Suy hao hệ thống fiđơ:
Hệ thống fiđơ dùng trong Thông tin vệ tinh được thiết kế sao cho càng
nhỏ càng tốt. Ở vệ tinh, nó có dạng gọn, nhẹ nên suy hao fiđơ là nhỏ. Tại
trạm mặt đất, máy phát và máy thu được đặt càng gần anten càng tốt để làm
sao cho suy hao ống dẫn sóng nhỏ nhất. Thực tế, người ta thiết kế hệ thống
fiđơ để có suy hao 1-2dB tại trạm mặt đất và ≤ 1dB tại vệ tinh thông tin.
Do đó, chọn suy hao fĩđơ như sau:
* Suy hao hệ thống fiđơ phát:
L

OB = R.cos
α
= 6400.cos28° = 6400.0,8829 = 5650,05 km
→ BC = h + FB = 35750 + (6400 - 5650,05) = 36499.95 km
[ ] [ ]
dB
x
xxxR
dB 23,207
020
1042,3662314,34
lg10
4
lg10
2
3
2
1
=








=



r
Trong thông tin vệ tinh, khi sử dụng tần số Uplink trên 10GHz thì suy
hao do mưa là nhân tố quan trọng nhất quyết định chất lượng tuyến.
Từ hình vẽ, tại f
u
= 14GHz ta có: L
r
= 3.8[dB] (11)
Vậy, từ (2), (8) và (11) ta có thể xác định được suy hao đường truyền
như sau:
L
p
= г + L
i
+ L
a
+ L
r
= 207,23 + 3,8 = 211,03[dB] (12)
(8)
4. Công suất phát từ trạm phát Bình Dương lên vệ tinh
Với yêu cầu công suất yêu cầu tối thiểu ở máy thu là P
T
= -75dBmW ta có
thể tính được công suất máy phát từ trạm phát Bình Dương lên vệ tinh như sau:
(2) P
R
= P
T
+ G

= 53,67 + 59,16 - 2 = 110,83[dBm] (14)
Tỷ số công suất sóng mang trên công suất tạp âm được xác định bởi (15):
C / N = P
R
-N
sys
(15)
Để xác định được C/N cần tìm N
sys
là nhiệt tạp âm hệ thống.
Nhiệt tạp âm hệ thống bao gồm cả tạp âm ngoài và tạp âm bên trong hệ
thống, vì vậy, tạp âm tổng đối với hệ thống đó bằng tổng công suất tạp âm bên
ngoài và bên trong của nó.
Nhiệt tạp âm của hệ thống được xác định bởi:
R
F
FAS
SYS
T
L
TTT
T +
++
=
(16)
Trong đó: T
s
là nhiệt tạp âm bên ngoài
T
a

sys
.B) [dB] (18)
Trong đó: k: Hằng số Boltzman, k=l,38.10-
23
(W/Hz/°K)
B: Độ rộng băng tần (Hz)
Để tính N
SYS
cần xác định T
s
, T
R
theo (17) và (18). Các thông số này được
xác định như sau:
* Tạp âm nhiệt bên ngoài T
s
Nhiệt tạp âm bên ngoài bao gồm: nhiệt tạp âm vũ trụ, nhiệt tạp âm của dải
ngân hà, nhiệt tạp âm của mặt trời, nhiệt tạp âm do khí quyển, nhiệt tạp âm do
mưa, và nhiệt tạp âm từ trạm mặt đất xung quanh trạm.
Trong đó các loại nhiệt tạp âm vũ trụ, nhiệt tạp âm của dải ngân hà, nhiệt
tạp âm của mặt trời, thì với tàn số Uplink là 14GHz có thể bỏ qua các loại tạp
âm này (tạp âm khí quyển).
Nhiệt tạp âm từ các trạm mặt đất xung quanh trạm do góc ngẩng anten
của các trạm Bình Dương và Hà Nội có góc ngẩng anten lớn 45° và 52° nên các
ảnh hưởng này không đáng kể nên có thể bỏ qua.
Như vậy nhiệt tạp âm bên ngoài chủ yếu là do mưa và nó được tính theo
công thức:
(19)
Trong đó: T
r

=T
S
+T
R
= 291,6 + 40 = 331,6° K (23)
Thay (23) vào (18) có thể xác định được N
SYS
:
N
SYS
= 10 lg(k.T
srs
.B) = 10 lg k +10 lg T
SYS
+10 lg B
= 10 lg(l,38.10
-23
) +10 lg 331,6 +10 lg(36.10
6
)
= -228,6 + 25,2 + 75,56 = -127,83[dE]
Từ (15) ta có:
C/N = P
R
- N
sys

= -75 + 127,83 = 52,83[dB] (24)
Bước 2.
Tính toán năng lượng đường truyền từ vệ tinh xuống trạm thu Hà Nội để

* Suy hao hệ thống fiđơ phát:
L
T
= ldB (27)
* Suy hao hệ thống fỉ đơ thu:
L
R
= 2dB (28)
3. Suy hao đường truyền LP
Suy hao đường truyền được xác định bởi (2), ta tính lần lượt các thành
phần này, cụ thể:
* Suy hao trong không gian tự do: г
Suy hao trong không gian tự do được tính theo công thức
Trong đó R
2
: khoảng cách đường truyền, từ trạm phát Vệ tinh đến trạm thu Hà
Nội.
- Vị trí của trạm thu Hà Nội: 21°09’N, 106°14’E
- Vị trí của vệ tinh Vinasat: 132,0°E. Từ đó, xác định được vị trí hình chiếu
của nó là 00°00’N, 132°00’E.
- Sử dụng phần mềm tính quãng đường để tính cung tròn từ vị trí của trạm
phát Bình Dương đến vị trí hình chiểu của vệ tinh lên quả đất, xác định
được cung tròn này là: N=1980nm (hải lý)
0
33
60
1980
60
===⇒
N







=






==Γ
λ
π
( )
30
* Suy hao hấp thụ trong tầng điện ly: L
i
Trong dải tần Uplink là 11Ghz thì không bị hấp thụ bởi tầng điện ly nên
suy hao hấp thụ trong tầng điện ly:
L
i
= 0 (31)
Tần số (GHz)
Hình 3: Cửa sổ tần số vô tuyến
* Suy hao do hấp thụ trong không khí: L
a
Trong dải tần Uplink là 14Ghz thì không bị hấp thụ bởi không khí nên

P
R
= P
T
+ G
T
— L
T
+ G
R
— L
R
— L
p
=> P
T
=P
R
-G
T
+L
T
-G
R
+L
R
+ L
p
= -75 -40,59 +1 -57,06 + 2 + 204,7 = 35.05[dBm] (35)
Công suất phát xạ đẳng hướng tương đương

T
S
≈ T
r
= T
m

=








−
M
L
1
1
1,12.298 - 50 = 283,76 [dB] (37)
*Tạp âm anten: T
A
Trong thông tin vệ tinh thường chọn T
A
= 30°K (39)
* Nhiệt tạp âm máy thu: Như trên với T
R
= 40°K (40)








+
++
=
(42)
N
SYS
[dB] = 10 lg k +10 lg T
sys
+10 lg B
= -228,6 +10 lg 30.25 + 75,56 = -122,79[dB]
Suy ra:
C/N = P
R
- N
SYS
= -75 + 122,79 = 47,79[dB] (24)
Bước 3:
Trên cơ sở việc thiết kế năng lượng đường truyền như trên, có thể xây dựng
được bảng kết quả như sau:
Vệ tinh 132,0°E
Băng tần lên 14Ghz
Băng tần xuống 11Ghz
Phát Bình Dương

(L
R
)d dB 2,0
(NsYs)d dBHz -122,79
(C/N)d dBHz 47,79
Câu b. Tính các thông số như trên với điều kiện vào mùa khô (trời không
mưa):
Trên cơ sở các thông số tuyến lên và tuyến xuống đã xác định ở trên ta thấy
- G
t
, GR không thay đổi;
- L
a
, L
i
vẫn coi là bằng 0 như trên;
- L
p
, L
R
không thay đổi.
Do đó, mưa chỉ ảnh hưởng đến các thông số nhiệt tạp âm N
SYS
thông số này
được tính như sau:
Công suất tạp âm N của hệ thống thu tính tại đầu vào máy thu được biểu thị
bằng công thức:
N = k.T
sys
.B

TTT
1
1
Trong đó T
M
nhiệt tạp âm do mưa
T
m
: Nhiệt độ trung bình của cơn mưa tính theo công thức:
T
m
=1,12T
xq
-50(°K)
T
xq
: Nhiệt độ trung bình mùa khô ở Bình Dương là 22°c = 295°K
L
M
: Suy hao do mưa L
M
=16,57
Suy ra:
N
SYS
[dB] =10 lgk +10 lg T +10 lg B
= -228,6 + 30,15 + 75,56 = -122,89[dB]
Từ công thức:
Theo công thức (13) ta có:
P

Trên cơ sở các tính toán ở trên có thể thấy rằng, trong điều kiện trời mưa hay
trời khô, mặc dù tần số Uplink là 14GHz và Downlink là 11GHz là các dải tần
số chịu suy hao chủ yếu do mưa, tuy nhiên, sự ảnh hưởng không quá lớn đối với
toàn bộ hệ thống.
PHẦN II
XÁC ĐỊNH DUNG LƯỢNG KÊNH CỦA HỆ THỐNG
THÔNG TIN VỆ TINH
Đề bài:
Tính toán dung lượng kênh của hệ thống thông tin vệ tinh trong hai
trường hợp không nén và có nén
- Với điều kiện
+ Độ rộng băng thông B = 36Mhz
+ Điều chế 32PSK
+ Mã kênh FEC tỷ lệ 7/8
+ Phát hình
Bài làm:
- Mô hình của hệ thống thông tin vệ tinh
* Trường hợp không nén
- Theo công thức của Shanon:
R=B. log(l +
N
S
)
- Tốc độ Baud là
)(10.60
198,1
10.72
198,1
6
6

3
4
3
=== xxRR
Với băng thông của tín hiệu hình: B
h
= 48MHz (f
mâu
=
6MHz), ta có thể
xác định được số kênh hình là:
9
120
100
.
10.48
10.540
120
100
.
6
6
4
===
h
hình
B
R
n
(kênh)

mR
R
R
n
hình
===
Vậy:
- Tỷ lệ mã 6:1
Số kênh hình có thể phát được là:

120
100
.6=
hình
n
= 5 (kênh)
- Tỷ lệ mã 16:1
Số kênh hình có thể phát được là:
13
120
100
.16 ==
hình
n
(kênh)
- Tỷ lệ mã 80:1
Số kênh hình có thể phát được là:

==
120