ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

Bùi Ngọc Thạch

NHIỄU TRONG THÔNG TIN VỆ TINH KẾT QUẢ
ĐO VÀ MỘT SỐ GIẢI PHÁP HẠN CHẾ NHIỄU

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Hà Nội - 2008


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

Bùi Ngọc Thạch

NHIỄU TRONG THÔNG TIN VỆ TINH, KẾT QUẢ
ĐO VÀ MỘT SỐ GIẢI PHÁP HẠN CHẾ NHIỄU

Ngành
Chuyên ngành
Mã số

: Công nghệ Điện tử - Viễn thông
: Kỹ thuật vô tuyến và thông tin liên lạc
: 2.07.00

LUẬN VĂN THẠC SĨ


thiết, đặc biệt hiện nay nước ta đã phóng vệ tinh VINASAT-1 và sẽ phóng thêm
những quả vệ tinh khác trong tương lai.
Với các yêu cầu đó đề tài “Nhiễu trong thông tin vệ tinh, kết quả đo và một
số giải pháp hạn chế nhiễu” được lựa chọn để nghiên cứu, phân tích ứng dụng
thực tế, làm cơ sở xây dựng nên các quy trình xử lý nhiễu, nó rất hữu ích đối với
những người khai thác và khách hàng sử dụng dịch vụ thông tin vệ tinh.


2

Nội dung luận văn này gồm có 3 chương:
Chương 1: Tổng quan về thông tin vệ tinh
Trình bày về ứng dụng, dịch vụ, công nghệ, kỹ thuật và một số vấn đề của
thông tin vệ tinh.
Chương 2: Nhiễu trong hệ thống thông tin vệ tinh
Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng hệ thống, các tham số đánh
giá chất lượng hệ thống và một số phương pháp tính nhiễu.
Chương 3: Nhiễu trong thông tin vệ tinh các kết quả đo và giải pháp hạn chế
nhiễu
Đưa ra các thông tin chung về các nguồn nhiễu, loại nhiễu, các con số thống
kê về nguyên nhân gây nhiễu. Sau đó, với mỗi loại nhiễu được mô tả, đánh giá ảnh
hưởng đến chất lượng dịch vụ, phân tích nguyên nhân và đưa ra biện pháp hạn chế
khắc phục, có sử dụng kết quả đo để minh họa.
Tính toán công suất bức xạ đẳng hướng tương đương của mỗi sóng mang khi
phát một, nhiều sóng mang trên một bộ phát đáp. Tính toán công suất trạm mặt đất
khi phát bão hòa bộ phát đáp.
Để hoàn thành luận văn tốt nghiệp, tôi xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn
tận tình của thầy giáo TS.Trần Minh Tuấn và các thầy cô giáo Khoa Điện tử Viễn
thông - Trường Đại học Công nghệ - Đại học Quốc gia Hà Nội và các đồng nghiệp
của mình. Vì đây là một lĩnh vực khó nên các nội dung không tránh khỏi còn hạn

1.1.2. Đặc điểm của thông tin vệ tinh:
-

Vùng phủ sóng lớn: Từ quĩ đạo địa tĩnh cách trái đất khoảng 37000 km vệ

tinh có thể nhìn thấy 1/3 trái đất, như vậy chỉ cần 3 vệ tinh trên quĩ đạo là có thể
phủ sóng toàn cầu.


4

-

Dung lượng thông tin lớn: Với băng tần cung cấp rộng và sử dụng kỹ thuật

tái sử dụng băng tần, hệ thống thông tin vệ tinh cho phép đạt được dung lượng
thông tin rất cao.
-

Độ tin cậy cao: Do tuyến thông tin vệ tinh chỉ có 3 trạm (2 trạm mặt đất đầu

cuối thông tin và trạm lặp vệ tinh) nên xác suất hư háng trên tuyến rất nhỏ.
-

Tính linh hoạt cao.

-

Đa dạng về loại hình dịch vụ.



5

-

Tại trạm thu: Tín hiệu cao tần phát từ vệ tinh được thu bởi anten thu qua bộ

khuếch đại tạp âm thấp LNA (Low Noise Amplifier) và được đổi xuống trung tần
nhờ bộ đổi tần xuống DC (Down Converter), sau đó qua bộ giải điều chế để khắc
phục lại băng tần cơ bản giống bên phát.

MOD

U/C

HPA

LNA

D/C

DEM

Hình 1.1: Đường liên lạc thông tin vệ tinh.

1.3. Các vấn đề trong truyền sóng:
1.3.1. Tần số công tác của thông tin vệ tinh:
Sóng điện từ có dải rộng được dùng trong thông tin vệ tinh tuỳ vào sự khác
nhau về mục đích sử dụng. Sóng có tần số cao dễ bị hấp thụ và tiêu hao trong tầng
khí quyển, trong sương mù và đặc biệt là mưa. Sóng tần thấp lại bị yếu đi nhiều khi

mức lớn nhất sóng điện từ cùng phân cực nếu góc nghiêng sóng điện từ và anten
trong không gian là như nhau.
-

Tái sử dụng băng tần bằng cách phân biệt các chùm tia phát xạ từ anten. Các

băng tần giống nhau được phát đi bằng các anten trên vệ tinh dùng các bộ phát đáp
khác nhau có các chùm tia thu và các chùm tia phát không trùng lên nhau.

1.3.2. Phân định tần số trong thông tin vệ tinh:
Việc phân định tần số được thực hiện theo Điều lệ vô tuyến điện ở mỗi khu
vực của ITU. Có ba khu vực của ITU; Nhật Bản nằm ở khu vực 3:
Khu vực 1: Châu Âu, Châu Phi, Liên bang Xô Viết cũ và các nước Đông Âu
Khu vực 2: Các nước Nam và Bắc Mỹ
Khu vực 3: Châu Á và châu Đại dương
Tuy nhiên do có sự khác nhau giữa các khu vực đối với dịch vô thông tin vệ
tinh nên phân định tần số cho ba khu vực này thường được tiến hành với một vài
ngoại lệ.


7

Bảng 1.1 Tần phân loại sóng vô tuyến điện:
Tần số

Dải tần số

Tần băng tần

1

thấp (VLF)

4

300-3000KHz

Tần số thấp
(LF)

5

3-30MHz

Tần số trung
bình (MF)

6

30-300MHz

Tần số cao
(HF)

7

300-3000MHz

Tần số rất cao
(VHF)


11

300-3000 GHz

Sóng Mm

Vô tuyến hàng hải,thông
(chục nghìn m) tin di động hàng hải
Sóng Km

Thông tin di động hàng
không. Vô tuyến hàng hải

Sóng Hectomet

Phát thanh
Thông tin hàng hải
Thông tin quốc tế
Phát thanh sóng ngắn
Các loại thông tin di động
Các loại thông tin cố định
Phát thanh FM và truyền
hình
Các loại thông tin di động
Truyền hình
Các loại thông tin di động
Các loại thông tin cố định
Thông tin vệ tinh và
rada
Viễn thông công cộng

1.0 – 2.0

GHz

Ka:

26.5 –40.0

GHz

S:

2.0 – 4.0

GHz

K:

18.0 – 26.5

GHz

C:

4.0 – 8.0

GHz

Ku:


nhược điểm là giá thành thiết bị tương đối cao để khắc phục suy hao lớn do mưa. Ở
Nhật khi sử dụng băng C và Ku vì hai băng tần này dễ gây nhiễu cho hệ thống viba
đặt ở các vùng khác nhau trên nước Nhật. Băng Ka 30/20 GHz có một ưu điểm là
không gây nhiễu với các hệ thống viba đó được sử dụng.


9

Bảng 1.2 Các băng tần sử dụng cho thông tin vệ tinh
Băng tần

Tần thông dụng

6/4 GHz

Băng C

14/12 GHz

Băng Ku

30/20 GHz

Băng Ka

Đặc tính và ứng dụng
Phù hợp nhất cho thông tin vệ tinh
Dùng cho thông tin quốc tế và nội địa
Bị suy hao do mưa
Sử dụng cho thông tin quốc tế và nội địa

tạo ra loại sóng này bằng cách kết hợp hai sóng phân cực thẳng có phân cực vuông
góc với nhau và góc lệch pha là 900. Sóng phân cực tròn là sóng phân cực phải hay


10

trái phụ thuộc vào sự khác pha giữa các sóng phân cực thẳng và sớm pha hay chậm
pha.
Phân cực quay theo chiều kim đồng hồ hay ngược chiều kim đồng hồ với tần
số bằng tần số sóng mang. Đối với sóng phân cực tròn mặc dầu không cần điều
chỉnh hướng của loa thu, nhưng mạch fiđơ của anten trở nên phức tạp hơn đôi chút.

1.3.5. Tạp âm:
-

Khỏi niệm về tạp âm trong thông tin vệ tinh
Tạp âm được hiểu là tín hiệu không mong muốn có trong luồng tín hiệu thu

về, tạp âm làm giảm chất lượng thông tin, ví dụ như tạp âm làm giảm tỷ số tín hiệu
trên nhiễu S/N, hoặc làm giảm tỷ số sóng mang trên tạp âm, tăng tín hiệu lỗi bit
đường truyền. Trên thực tế đối với các hệ thống tin khác thì tạp âm thường rất nhỏ
so với tín hiệu hữu ích, nhưng trên tuyến thông tin vệ tinh, tín hiệu hữu ích thu được
thường rất nhỏ, trong khi đó tạp âm thì lại rất lớn do khoảng cách truyền của thông
tin rất dài (khoảng cách 37000 km). Tạp âm cũng được góp nhặt bởi anten từ môi
trường truyền sóng, suy hao do mưa. Tín hiệu thu về xem như bị chỡm trong tạp
âm. Vì thế nghiên cứu tạp âm là một vấn đề rất quan trọng không thể thiếu trong
thông tin vệ tinh.
-

Các nguồn tạp âm trong thông tin vệ tinh

dẫn điện, khi chuyển động các điện tử này va chạm với các nguyên tử và sinh ra tạp
âm nhiệt, mặc dù khi các vật dẫn hở mạch, các điện tử chuyển động hỗn loạn vẫn
sinh ra tạp âm nhiệt.

1.4. Đa truy nhập trong thông tin vệ tinh:
Trong một hệ thống thông tin vệ tinh, các trạm mặt đất liên lạc với nhau
thông qua vệ tinh. Vì vậy trong thông tin vệ tinh việc sử dụng các phương thức truy
nhập tới và từ vệ tinh được nghiên cứu một cách hết sức kỹ để có thể chọn lựa sử
dụng phương pháp có hiệu quả nhất. Băng tần của một vệ tinh thông thường được
chia thành những băng tần nhỏ, được khuếch đại một cách riêng rẽ dùng trong mỗi
bộ phát đáp. Việc truy nhập cho mỗi bộ phát đáp có thể được giới hạn với một trạm
mặt đất tại một điểm, hoặc cũng có thể thực hiện đồng thời nhiều sóng mang một
lúc. Trong một vệ tinh thì có thể bao gồm cả hai phương pháp truy nhập nói trên.


12

Một số bộ phát đáp chỉ làm việc với một sóng mang đơn, trong khi đó cũng có
những bộ phát đáp làm việc với nhiều sóng mang đơn và còn có những bộ phát đáp
lại xử lý một luồng thông tin nhiều sóng mang. Đó chính là các phương pháp truy
nhập tới các bộ phát đáp của vệ tinh.
Phần này giới thiệu các chọn lựa sẵn và các phương pháp truy nhập tới và từ
vệ tinh. Hiện nay hệ thống thông tin vệ tinh áp dụng phổ biến các phương thức đa
truy nhập khác nhau sử dụng tần số, thời gian, không gian hay sử dụng phương
pháp xử lý mã như phương pháp: FDMA, TDMA, CDMA, OMA, RMA, DAMA…
Truy nhập có thể được hiểu là nhiều người sử dụng chia nhau sử dụng cùng một tài
nguyên chung. Trong lĩnh vực thông tin vệ tinh thì những người sử dụng ở đây là
những trạm mặt đất có cùng kiểu dịch vô và khi các tuyến ISL (InterSatellite Link)
trở nên thông dụng thì khỏi niệm về người sử dụng cũng được mở rộng ra, bao gồm
các vệ tinh khác nhau và các dịch vụ khác trong tương lai.

mang theo kiểu PSK rồi phát đi, vệ tinh tiếp nhận chúng trên cơ sở FDMA. Nếu lưu
lượng truyền dẫn ở một trạm đó ở mức tới hạn sử dụng để tăng dung lượng kênh
thoại mà không cần phải tăng sóng mang trên vệ tinh.

A B C D E
liên tục

Trạm
A

Trạm
B

Trạm
C

Trạm
D

Trạm
E

F

Trạm
F

Hình 1.2: Đa truy nhập phân chia theo tần số
Khi hệ thống hoạt động trong chế độ thoại sử dụng phương thức SCPC, thời
gian trung bình mà mỗi kênh được sử dụng trong chế độ đàm thoại chỉ chiếm 40%

đối với nhiều người sử dụng. Trong kỹ thuật này, trạm mặt đất được thiết kế sử
dụng một khe thời gian dành riêng cho nó để phát lưu lượng thông tin của mình
dưới dạng các bit số nằm trong một luồng bit số gọi là burst tín hiệu ( hình 1.3)
Thời gian bắt đầu phát của burst tín hiệu được thiết lập khi trạm điều khiển
trung tâm thu được burst tín hiệu đồng bộ. Khoảng thời gian mà mỗi trạm truy nhập


15

với bộ phát đáp vệ tinh được phân chia bởi trạm điều khiển sao cho phù hợp với nhu
cầu về dung lượng trạm (trạm nào có dung lượng lớn sẽ được chia khoảng thời gian
dài hơn) và thay đổi nhanh chúng cho phù hợp với nhu cầu đột xuất về dung lượng
từng trạm.

A B

Trạm
A

Trạm
B

Trạm
C

Trạm
D

C


tại mỗi thời điểm chỉ có một sóng mang được tạo ra tại trạm mặt đất hoặc tại các bộ
phát đáp của vệ tinh nên các bộ khuếch đại công suất có thể làm việc ở các trạng
thái bão hoà mà không sợ điều chế tương hỗ. Bộ khuếch đại của vệ tinh có khả năng
khống chế công suất ra trong những trường hợp đặc biệt khi hoạt động ở chế độ
SCPT. Khi trên vệ tinh dùng đèn khuếch đại sóng chạy TWT trong trường hợp có
Fading tuyến lên và có sự thay đổi công suất giữa các burst tín hiệu thì không cần
phải điều chỉnh công suất ra của TWT vì nó làm việc ở chế độ quá tải không đáng
kể sẽ làm giảm biến thiên của đường kết nối lên nhưng đối với đường kết nối
xuống.
Trong kỹ thuật FDMA máy phát ở các trạm mặt đất làm việc liên tục, phát
liên tục các sóng mang lên vệ tinh, trong khi đó đối với kỹ thuật TDMA thì máy
phát ở các trạm mặt đất chỉ làm việc khi xung yêu cầu được phát ra và chế độ làm
việc là một sóng mang trên một bộ phát đáp. Chu kỳ làm việc của máy phát trạm
mặt đất là thấp, còn đối với vệ tinh, chu kỳ này biến thiên theo sự thay đổi tải của
bộ phát đáp, chu kỳ ngắn khi lưu lượng thông tin thấp, còn chu kỳ hoạt động gần
như liên tục nếu như bộ phát đáp đầy tải. Về vấn đề này cần phải nghiên cứu chế
độ làm việc cho máy phát theo chế độ hàng ngày hoặc theo định kỳ.
Trong một vài hệ thống TDMA thì một trạm sẽ lấp đầy các khe thời gian
không sử dụng bằng các bit giả ngẫu nhiên để giữ cho phổ giống như một dạng tạp
âm và giảm được nhiễu lên hệ thống thông tin khác nhau. Vì vậy sóng TDMA được
phát lên vệ tinh 24/24h một ngày. Trong chế độ làm việc SCPT thì máy phát trên vệ
tinh lúc đó làm việc ở chế độ bão hoà, lúc này công suất đỉnh hay công suất cực đại


17

của trạm mặt đất được đòi hỏi nhiều hơn. Chu kỳ hoạt động của bộ khuếch đại trên
vệ tinh như đó nói ở trên, lối ra công suất được đóng mở một cách ngẫu nhiên cần
được giải quyết khi thiết kế các bộ khuếch đại trên vệ tinh vì nó có ảnh hưởng lớn
đến việc cấp nguồn trên vệ tinh.

18

nhiên tương ứng để thực hiện ngược lại với việc trải phổ là nén phổ nhằm thu lại
tín hiệu. Các mạng khác nhau có thể hoạt động đồng thời trong cùng phổ nếu sử
dụng một mã khác không gây ảnh hưởng cho việc trải phổ hay nén phổ của mạng
bên cạnh. Ví dụ 6 mạng dùng chung 5 MHz trong dải phổ tần số. Một hệ thống
CDMA khác sử dụng một sự kết hợp kiểu cố định hay thay đổi giữa thời gian và
băng tần trong truyền dẫn. Các hệ thống CDMA khác nhau chủ yếu dựa vào độ bí
mật của thông tin, mức độ chịu đựng sự ảnh hưởng của các hệ thống khác, độ phức
tạp…nhưng chủ yếu vẫn là tính kinh tế và số trạm mặt đất trong mạng.

1.4.4 Kỹ thuật DAMA:
Hệ thống sử dụng phương thức đa truy nhập DAMA có độ linh hoạt và mềm
dẻo cao, sử dụng bộ phát đáp trên vệ tinh một cách có hiệu quả đặc biệt phù hợp với
các vùng có nhu cầu thấp. Hệ thống truyền thoại bằng việc phân định kênh cho mỗi
cuộc gọi khi có yêu cầu, tức là kênh thông tin được thiết lập giữa hai trạm mặt đất
trong thời gian thông tin với nhau. Hệ thống có khả năng kết nối nội bộ với cấu hình
có dạng hoàn toàn lưới. Một số thuê bao trong một vùng dịch vụ của trạm mặt đất
nào đó qua các kênh vệ tinh để thiết lập đường thông với các vùng dịch vụ của các
trạm khác. Tất cả các thuê bao đều có thể thực hiện được các cuộc gọi trong nước
và quốc tế bằng cấu hình mạng lưới hoàn chỉnh.
Khi bắt đầu mỗi cuộc gọi thì trạm trung tâm chọn kênh vệ tinh và phân định
các bộ Modem ở cả hai trung tâm đường trục có thuê bao gọi đi và thuê bao gọi đến
để thực hiện thiết lập cuộc gọi tại các vị trí xa, mỗi đường trục được nối với Modem
hoạt động theo phương thức SCPC và các Modem được điều hướng tới các tần số
sóng mang được phân định bằng các lệnh điều khiển từ bộ điều khiển phân định
theo nhu cầu từ xa.
Trung tâm điều khiển mạng DAMA được xem như quan trọng nhất, ở trung
tâm này có máy điều khiển chính cũng được nối với các Modem thu phát thoại để
thu tín hiệu báo hiệu. Trung tâm điều khiển DAMA có chức năng chính là phân


Bộ đổi tần
xuống

Bộ khuếch
đại IF

Bộ dải điều
chế

Bộ dao động

Thiết bị đa
truy nhập

Hệ thống
fiđơ
Bộ dao động

HPA

Bộ đổi tần
lên

Bộ khuếch
đại IF

Máy phát công suất cao

Hình 1.4: Cấu hình của một trạm mặt đất.

cách:
Cách thứ nhất là dùng các hệ truyền dẫn, nghĩa là các hệ dẫn sóng điện từ
như đường dây song hành, đường truyền đồng trục, ống dẫn sóng kim loại
hoặc điện môi... sóng điện từ truyền lan trong các hệ thống này thuộc loại
sóng điện từ ràng buộc.
Cách thứ hai là sử dụng bức xạ ra không gian, trong trường hợp này sóng
điện từ thuộc loại sóng tự do. Thiết bị dùng để bức xạ sóng điện từ hoặc
dùng để thu nhận sóng từ không gian bên ngoài được gọi là anten. Anten


21

phát có nhiệm vụ biến đổi từ sóng điện ràng buộc thành sóng điện từ không
gian tự do và anten thu thì biến đổi ngược lại.
Trong trạm mặt đất thông tinh thì anten là thiết quan trọng nhất, nó chiếm tới
50% giá thành hoặc có thể hơn, bản thân nó quyết định cấu hình, hoạt động khai
thác và chỉ tiêu của trạm mặt đất.
Các anten thường thực hiện đồng thời cả hai chức năng thu và phát nhờ có
bộ lọc thu/phát siêu cao. Sau đây ta xét một số chỉ tiêu cơ bản của anten ảnh hưởng
đến chất lượng của nó.
-

Các thông số đặc điểm của anten.
Hệ số tăng ích.
Hệ số tăng ích của một anten là tỉ số giữa công suất bức xạ hay thu trong mỗi

đơn vị góc khối giưó anten và một anten chuẩn (thông thường là anten bức xạđẳng
hướng) ở cùng hướng và cùng khoảng cách khảo sát, với giả thiết công suất đặt vào
hai anten là như nhau. Hệ số tăng ích của anten thường được kí hiệu là G và nó
được tính theo công thức:

Với các trạm mặt đất theo tiêu chuẩn A của Intelsat thì giá trị hiệu suất lấy
trong khoảng 50% đến 75%.
Độ rộng búp sóng:
Trong thông tin vệ tinh đòi hỏi anten phải có đặc tính định hướng cao nghĩa
là năng lượng khi anten phát đi có độ tập trung ở búp sóng chính và tương tự như
vậy đối với tín hiệu thu về, độ rộng búp hướng anten cũng thể hiện điều đó. Để so
sánh tính định hướng giữa các anten người ta đưa ra khỏi niệm độ rộng của đồ thị
phương hướng. Theo định nghĩa, độ rộng của đồ thị phương hướng là góc giữa hai
hướng, mà theo hai hướng đó cường độ trường hoặc công suất bức xạ giảm đi đến
một giá trị nhất định. Thường độ rộng của đồ thị phương hướng được xác định ở hai
mức: bức xạ không và bức xạ nửa công suất. Trong đó độ rộng của đồ thị phương
hướng theo mức nửa công suất là góc giữa hai hướng mà theo đó công suất bức xạ
giảm đi một nửa so với hướng cực đại. Góc này thường được kí hiệu là BW3dB được
tính tại điểm -3 dB (tại điểm này hệ thống tăng ích của anten giảm xuống còn một
nửa so với giá trị cực đại).
BW3dB = 70

 21.1

(độ)
D
fD


23

Trong đó:
f: tần số làm việc tính bằng GHz
D: đường kính anten tính bằng một
Ta lại có:


Anten CASSEGRAIN
Hiện nay hầu hết các trạm mặt đất tiêu chuẩn A đều dùng loại anten

Cassegrain. Anten Cassegrain thuộc loại anten gương kộp và có cấu tạo như hình vẽ
dưới đây:

D
O2

O1

F
Hình 1.5: Anten Cassegrain

D