TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT HÀ NỘI
KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
-----***-----

HỆ THỐNG VIỄN THÔNG
ĐỀ TÀI: SỬ DỤNG PHẦN MỀM MATLAB TÍNH TOÁN
THAM SỐ TRONG THÔNG TIN VỆ TINH
Giảng viên hướng dẫn

Đặng Xuân Điệp

Sinh viên thực hiện

Lớp Mạng Máy Tính K58

Nhóm 07

Lê Tuấn Anh (1321050409)
Nguyễn Văn Huy (1321050091)
Phạm Duy Tuấn (1321050777)
Hoàng Công Huỳnh (1321050096)

Hà Nội – 2016


MỤC LỤC
A.LỜI NÓI ĐẦU..............................................................................................................1
B.NỘI DUNG...................................................................................................................1
I.TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH.........................................1
1.1.Tuyến thông tin vệ tinh.......................................................................................1
1.2.Vệ tinh địa tĩnh...................................................................................................4

A.LỜI NÓI ĐẦU
Trong những thập kỷ gần đây,các hệ thông thông tin vệ tinh ngày càng có sự phát triển
nhanh chóng.Bằng các hệ thống thông tin vệ tinh,con người có thể thu nhận hoặc trao đổi
thông tin với bất kỳ nơi nào trên trái đất.Hiện nay với hàng loạt các loại hình dịch vụ do hệ
thống vệ tinh cung cấp như cho thuê dung lượng vệ tinh,hoặc dung lượng lẻ;cung cấp các
dịch vụ gói như:VSAT,thoại,truyền hình,phát thanh ở vùng sâu vùng xa,truyền số
liệu,Internet,hội nghị truyền hình,đào tạo từ xa,y tế từ xa…Thông tin vệ tinh có thể cung cấp
không những các dịch vụ dân sự mà cả các dịch vụ quốc phòng,an ninh,hàng không,hàng
hải,thăm dò địa chất…Với việc phóng Vinasat 1 vào năm 2008 và Vinasat 2 vào năm
2012,các dịch vụ viễn thông,phát thanh,truyền hình và các dịch vụ truyền dẫn khác đã được
phát triển nhiều hơn,thuận lợi hơn,đồng thời khẳng định được vị thế của Việt Nam trên
trường quốc tế.

B.NỘI DUNG
I.TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH
1.1.Tuyến thông tin vệ tinh

Hình1.1:Sơ đồ đường thông tin vệ tinh
Muốn thiết lập một đường thông tin vệ tinh,trước hết phải phóng một vệ tinh lên quỹ đạo
có khả năng thu song vô tuyến điện.Vệ tinh có thể là vệ tinh thụ động,chỉ phản xạ vô tuyến
một cách thụ động và không khuếch đại và biến đổi tần số.Hầu hết các vệ tinh hiện nay là vệ

1


tinh tích cực.Vệ tinh sẽ thu tín hiệu từ chạm mặt đất,(SES:Satellite Earth Station) biến
đổi,khuếch đại và phát lại đến một hoặc nhiều trạm mặt đất khác.
Tín hiệu từ trạm mặt đất vệ tinh,gọi là đường lên(uplink) và tín hiệu từ trạm mặt đất khác
đường xuống(downlink).Thiết bị thông qua vệ tinh bao gồm một bộ phát đáp sẽ khuếch đại
tín hiệu ở các băng tần nào đó lên một công suất lớn và phát về mặt đất.

Hệ số tăng ích ở hướng cực đại(

)

G=4 A /

(1.3)

Trong đó A là diên tích mặt bức xạ của anten,với anten gương là diện tích miệng gương(
);

là hiệu suất của anten(

),thường chỉ đạt 0,55 hay 0,6.

Với mặt parabol tròn xoay thì A=

/4(d là đường kính miệng gương hay còn gọi là khẩu

độ anten),thay vào công thức 1.3 ta được:
G= (

(1.4)

G thường được tính theo dB;bước sóng công tác thay bằng tần số công tác f=c/ ,đồng thời
các thông số ở công thức (1.1) ra đơn vị thường sử dụng ta nhận được công thức tính hệ số
tăng ích anten gương parabol tròn xoay bằng:
G=20

Ở đây hằng số 20dB/

=

-12

)

(1.6)
3


Hình.1.3.Hệ số tăng ích ở các hướng khác nhau
Góc nửa công suất(

) hay còn gọi là độ rộng búp sóng ở mức 3 dB (

=70

(độ)

bằng:

(1.7a)

Đổi bước sóng ra tần số công tác f,với đơn vị GHz được:
=21,1/(

)(độ)

(1.7b)



Với

là tốc độ góc của vệ tinh [rad/s],r là khoảng cách từ vệ tinh tới tâm trái đất [m]

Độ lớn của tương tác hấp dẫn:

Với

là khối lượng Trái Đất(5,9737.

kg),G là hằng số hấp dẫn(6,67.

N.

Vì đó ta thu được:

Tính toán ta thu được r=42164 km,trừ đi bán kính trái đất tại xích đạo R=6378 km,ta nhận
được độ cao của vệ tinh địa tĩnh so với mặt nước biển là 35786 km.

5


II.CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN TRÊN TUYẾN THÔNG TIN VỆ TINH
2.1.Các mức công suất
2.1.1.Công suất bức xạ đẳng hướng tương đương
Cho một anten có hệ số khuếch đại

,góc đặc là góc được tạo bởi một cung có độ dài


Hình.2.2.Anten thực bức xạ vùng A
(2.4)
Mật độ thông lượng công suất ở cự ly R:

Trong đó:
EIRP:là công suất bức xạ đẳng hướn
công suất đưa ra anten phát
độ lợi anten phát;trường hợp anten vô hướng
mật độ thông lượng công suất

Hình.2.3.Tính mức công suất thu

7


2.1.2.Công suất thu
Độ lớn của công suất bên thu là hàm của công suất bên phát,khoảng cách giữa bên thu
và bên phát,tần số sóng mang và hệ số tăng íchcủa bên phát và bên thu.Tính công suất thu
ở cự ly R:
(2.6)

=

Trong đó:

(2.7)

:diện tích hiệu dụng của anten thu
:bước sóng thu



8


Suy hao

giữa máy phát và anten phát là suy hao bởi các ống dẫn sóng và các đầu

mối,để anten bức xạ một công suất :

thì công suất tại đầu bộ khuếch đại của máy phát có

độ lớn:
(2.11)
Tính theo dB:
(2.12)
Từ đó có thể tính công suất bức xạ đẳng hướng hiệu dụng:
EIRP=

=

[w]

(2.13)

Suy hao giữa máy thu anten là suy hao tạo nên bởi các phi đơ dẫn sóng và các cầu
nối.Công suất

tại đầu máy thu có độ lớn như sau



[dB]

(2.17)

[degrees]

(2.18)

Trong đó:D:đường kính anten parabol
C=3.

:tốc độ truyền sóng

:bước sóng
f:tần số sóng
2.2.3.Suy hao do không thu đúng phân cực
Loại suy hao này xảy ra khi antenthu không đúng hướng phát cùng với phân cực sóng
máy thu,ví dụ đối với sóng điện từ phát đi phân cực tròn thì chỉ trên trục bức xạ của anten
sóng mới có phân cực tròn,ngoài trục bức xạ phân cực biến dạng thành elip,khi truyền trong
môi trường khác nhau(đặc biệt trong mưa)phân cực biến đổi.
Nếu gọi

là góc giữa hai mặt sóng thì suy hao do lệch phân cực được biểu diễn:
[dB]

(2.19)

Thường lấy góc lệch beam 3dB trong phân cực tròn
2.2.4.Suy hao do khí quyển


Hình.2.6.Lượng mưa trung bình
(mm/h) của các vùng trên thế giới

11


Bảng 1:Lượng mưa tương ứng với tổng thời gian suy giảm tín hiệu do mưa trung bình
trong năm.
1 năm =8760 h;0,3 của 1 năm=2628h
99,7% được tính trong vùng mưa N đòi hỏi máy dự trữ đủ trên mức ngưỡng ứng với
lượng mưa nhỏ hơn 15 mm/h.

Hình.2.7.Tính suy giảm do mưa của CCIR

12


Tính toán Arain:
Tính độ cao mưa

(Km),hình 2.7
nếu 0 độ

36 độ
) nếu

(2.22)
(2.23)



(2.27)

Hoặc

[Km]

(2.28)

13


Xác định tỷ lệ mưa (

) vượt quá 0.01% của một năm trung bình từ bảng 1 cho trạm

mặt đất
+Tính quãng đường thực tế sóng đi qua mưa sẽ là:
Le=Ls.

[Km]

(2.29)

+Tính toán suy hao đơn vị chiều dài trong mưa

(dB/Km) được xác định từ toán đồ

hình 2.9
+Suy hao vượt quá mức


(2.32)

Giá trị có ích:pw=0.3%(sấm sỉ 2 giờ/tháng) p=0.075%
Đối với những giá trị lớn hơn phần trăm tháng thứ nhất của thời gian
(p=20%)suy hao do mưa thường đủ nhỏ để có thể bỏ qua(trong điều kiện bầu trời trong
sáng)

14


Hình.2.8.Lượng mưa

(mm/h) vượt quá 0.01% của một năm trung bình

Hình 2.9.Toán đồ xác định suy hao trên một đơn vị chiều dài trong mưa

(dB/Km)

2.3.Nhiễu trên tuyến thông tin
Nhiễu là tín hiệu không mong muốn mà nó xen vào tin hiệu ta thu được.Nhiễu làm
giảm chất lượng thông tin như làm giảm tỉ số S/N hoặc C/N,tăng tỉ lệ bít lỗi trên đường
truyền.Đối với tín hiệu ta thu được từ vệ tinh thì rất nhỏ do đường truyền quá xa mà nhiễu lại
lớn.Bên cạnh đó,anten bản thân nó đã góp nhật nhiễu từ môi trường thông qua các bước sóng
phụ của nó.Tín hiệu suy giảm do môi trường truyền sóng,do mưa nên tín hiệu thu gàn như
chìm trong nhiễu.
2.3.1.Các nguồn nhiễu.
+Nhiễu phát ra từ các nguồn bức xạ bên ngoài như:Nhiễu không gian,nhiễu khí
quyển,tạp nhiễu do mưa và nhiễu từ trái đất.
+Tạp nhiễu bên trong thiết bị như:Anten,hệ thống Feerder và máy thu

Hằng số Boltzman:k=1.3796.

[W/Hz độ K]=-228,6[dBw/Hz K]

T:Nhiệt độ vật lý của điện trở [độ K]
2.3.4.Hệ số nhiễu
Gọi:To là nhiễu nhiệt đầu vào,ở điiều kiện chuẩn To=

(

Te:Nhiễu nhiệt bên trong linh kiện
Hệ số nhiễu F là tỉ lệ toàn bộ công suất nhiễu nhiệt tại đầu ra của các phần tử với công
suất nhiễu nhiệt tại đầu vào phần tử

16


F=

=1+

(3.3)

Te=(F-1)To

(3.4)

2.3.5.Nhiễu nhiệt của toàn bộ suy hao Te
Te=(


Hình 2.27 giả thiết các mạch khuếch đại Mi mắc nối tiếp,có cùng băng thông B,có độ
lợi công suất Gi và hệ số nhiễu Fi,i=1,2,…,n
Công suất nhiễu tại ngõ ra hệ thống
=

kB(To+

)

(3.7)

Công suất nhiễu N1 được khuếch đại bởi M2
=

kB(To+

(3.8)

Công suất nhiễu được tạo bởi nguồn nhiễu bên trong M2
=

kB

(3.9)

Công suất nhiễu toàn bộ M1 và M2
=

+


+

/ +…+

/

…

(3.12)

Hệ số tạp âm hệ thống là:
Fn=

+

(3.13)
18


Hình.2.13.Công suất nhiễu của hệ thống các mạch mắc nối tiếp
2.38.Nhiễu nhiệt của anten
Điều kiện trời trong
=

[độ K]

(3.14)

Khi trời có mưa:
=


đối với



Hình.2.16.Nhiệt độ nhiễu trên hệ thống thu
2.3.10.Tỉ lệ tín hiệu nhiễu tại đầu vào decoder
Tín hiệu trên nhiễu tại đầu vào máy thu được xác định theo công thức sau :
[Hz]

Với :C=

(3.19)

:công suất sóng mang tại đầu vào máy thu theo công thức (2.14)

:công suất nhiễu trắng(Mật độ phổ tạp âm tại mọi điểm trên hệ thống)
T :nhiệt độ nhiễu tại đầu vào decoder
Thay các giá trị ở (2.10),(2.11),(2.12),(2.13),(2.17),(2.19),(2.21),(3.5) và (2.28) vào
(2.30) lần lượt ta có :
[Hz]

Với

C=

=

(3.20)

+

=

(3.21)