Giáo trình Thông tin vi ba, vệ tinh - Chương 4: Khái niệm chung về thông tin vệ tinh

 tính toán với nhiệt tạp âm bên 
ngoài, nhiệt tạp âm an ten và nhiệt tạp âm fiđơ vì 3 loại tạp âm này có liên quan 
đến suy hao của fiđơ. 
Ta lần lượt xét đến các loại tạp âm này.
4.9.1.1 Nhiệt tạp âm bên ngoài ST và nhiệt tạp âm anten AT
Nhiệt tạp âm bên ngoài và anten bao gồm:
64
Tầng điện ly
Dải ngân hà
Mặt trời
Mặt trăng
Trời mưa
búp phụ
búp chính
Hình 4.9. Các nguồn tạp âm ảnh hưởng đến thông tin vệ tinh.
búp ngược
+ Nhiệt tạp âm không gian: gồm các thành phần sau:
- Nhiệt tạp âm vũ trụ: tác động ở tần số vô tuyến là do bức xạ từ vũ trụ còn dư 
lại (khoảng 2,760K)
- Nhiệt tạp âm của dải ngân hà: nếu hướng anten vào vùng có số sao cực đại 
của dải ngân hà thì nhiệt tạp âm có thể lên đến gần 1000K trong vùng tần số từ 
0,3GHz đến1,2GHz.
- Nhiệt tạp âm của mặt trời: mặt trời bức xạ ra sóng điện từ ở tất cả các tần số, 
đặc biệt là ở dải viba (microwave). Nhiệt tạp âm do mặt trời gây ra cho trạm mặt đất 
phụ thuộc vào hướng anten, nếu mặt trời nằm ngoài vùng phủ sóng của búp chính 
anten thì nhiệt tạp âm dưới 500K. Còn khi mặt trời chiếu thẳng vào anten thì nhiệt 
tạp âm lên đến 10.0000K hoặc có thể hơn tuỳ thuộc tần số công tác, kích thước mặt 
phản xạ và số vết đen của mặt trời (số vết đen thể hiện sự hoạt động mạnh hay yếu 
của mặt trời).
Trường hợp trạm mặt đất - vệ tinh - mặt trời nằm trên cùng một đường thẳng 
chỉ xảy ra một vài ngày trong năm vào mùa xuân làm cho thông tin bị gián đoạn vài 
ba phút.
+ Nhiệt tạp âm do khí quyển (nhiệt tạp âm do tầng đối lưu): nó phụ thuộc vào 
chiều dài quãng đường đi của sóng trong tầng đối lưu (độ cao 15 km từ mặt đất). 
Nói cách khác chính là phụ thuộc vào góc ngẩng của anten, tần số công tác.
+ Nhiệt tạp âm do mưa, được xác định bằng công thức :
 )L
(TT
M
mM
11 −= (4.5)
 Trong đó MT : nhiệt tạp âm do mưa (0K).
 ML : suy hao do mưa, ML = 16,57.
 mT : nhiệt độ trung bình của cơn mưa. 
 mT = 1,12 xqT - 50 (0K) (4.6)
 xqT : nhiệt độ xung quanh trạm mặt đất (0K).
+ Nhiệt tạp âm từ trạm mặt đất xung quanh trạm: Vì anten của trạm mặt đất 
hướng lên bầu trời nên nhiệt tạp âm của mặt đất gây ra chủ yếu do búp phụ và búp 
ngược, một phần cho búp chính khi anten có tính định hướng kém và góc ngẩng 
nhỏ.
- Nhiệt tạp âm cho mỗi búp phụ gây ra được tính theo công thức:
 Dii TGT ×= (4.7)
 Trong đó iG : hệ số tăng ích của búp phụ.
 DT : nhiệt độ chiếu sáng mặt đất do mặt trời tạo ra.
DT = 1500K khi góc ngẩng từ 00 đến 100.
 DT = 100K khi góc ngẩng từ 100 đến 900.
Ngoài ra còn nhiệt tạp âm do các chướng ngại ở gần như toà nhà, các mái che 
(ví dụ như vòm cây), do các bộ phận cản trở trong anten như các thanh đỡ, bộ tiếp 
sóng (nguồn bức xạ sơ cấp) và bộ suy hao búp phụ gây ra.
4.9.1.2 Nhiệt tạp âm hệ thống fiđơ TF
 Nhiệt tạp âm hệ thống fiđơ được tính bởi biểu thức sau:
65
 FT = 0T ( FL -1) (0K) (4.8)
 Trong đó 0T : nhiệt độ môi trường (0K).
 FL : suy hao của hệ thống fiđơ.
 FT tăng khi FL tăng dẫn đến công suất tạp âm bên trong gây ra bởi 
hệ thống fiđơ tăng lên. Do đó cần thiết kế các phương tiện sao cho có hệ thống 
fiđơ là nhỏ nhất. Một cách gần đúng có thể coi nhiệt tạp âm fiđơ là 2900K.
4.9.1.3 Nhiệt tạp âm máy thu TR 
Nhiệt tạp âm máy thu bằng tổng nhiệt tạp âm gây ra trong mỗi phần của máy 
thu. Nó được tính bởi công thức sau:
12121
3
1
2
1
−
++++=
K
K
R G...GG
T...
GG
T
G
TTT (0K) (4.9)
Trong đó RT : nhiệt tạp âm máy thu (0K).
 KG,...,G,G 21 : là hệ số khuếch đại từng phần.
 KT,...,T,T 21 : nhiệt tạp âm đầu vào (0K).
Nếu hệ số khuếch đại tầng đầu đủ lớn thì tạp âm tại các tầng tiếp theo có thể 
bỏ qua. Do đó yêu cầu tầng đầu tiên phải có hệ số khuếch đại lớn và tạp âm thấp, 
vì vậy trong thông tin vệ tinh dùng các bộ khuếch đại tạp âm thấp (LNA-Low 
Noise Amplifier). Một cách gần đúng ta coi nhiệt tạp âm tầng đầu này cũng là 
nhiệt tạp âm của máy thu.
4.9.2 Công suất tạp âm hệ thống
Công suất tạp âm hệ thống N được biểu thị bởi biểu thức:
 N = k SYST B [W] (4.10)
Trong đó N : là công suất tạp âm do nguồn tạp âm gây ra trong độ rộng 
 băng tần B (Hz).
SYST : nhiệt tạp âm hệ thống
k : là hằng số Boltzman, 
 k = 1,38.10-23W/Hz.0K = -228,6 (dBW/Hz.K).
 B là băng thông cấp cho mỗi sóng mang.
Trường hợp tạp âm tính trong độ rộng băng tần 1Hz thì công suất tạp âm sinh 
ra gọi là mật độ phổ tạp âm N0 và bằng : N0 = N/B (W/Hz), nhiệt tạp âm tương 
đương sẽ bằng :
 SYST = N0/k (4.11)
4.9.3 Công suất tạp âm nhiễu
4.9.3.1 Can nhiễu khác tuyến
Các tuyến thông tin vệ tinh có thể bị nhiễu trong các trường hợp như sau:
+ Tuyến viba mặt đất đến vệ tinh thông tin.
+ Tuyến viba mặt đất đến trạm mặt đất.
+ Vệ tinh thông tin khác đến trạm mặt đất.
+ Can nhiễu giữa viba và trạm mặt đất: Có hai trường hợp
66
Trường hợp thứ nhất, đường thông tin viba mặt đất có cùng tần số làm việc với 
đường lên của hệ thống thông tin vệ tinh, bởi vậy tín hiệu viba mặt đất được trộn 
với tín hiệu ở đầu vào máy thu vệ tinh. 
Trường hợp thứ hai, đường thông tin vi ba mặt đất có tần số bằng tần số 
đường xuống của hệ thống thông tin vệ tinh, bởi vậy ở đầu vào máy thu trạm mặt 
đất cũng bị trộn với tín hiệu của đường thông tin viba mặt đất .
Trong thiết kế tuyến thực tế, phải đặt trạm mặt đất sao cho nhiễu xảy ra ít nhất, 
nhiễu nhỏ nhất bằng cách sử dụng anten có các đặc tính búp phụ tốt. Mặc dù mục 
tiêu cơ bản thiết kế tuyến đối với vệ tinh thông tin là để loại bỏ nhiễu, nếu điều này 
không thể thực hiện được thì trong thiết kế tuyến phải bao hàm cả lượng nhiễu cho 
phép. Nhiễu thường không thể đánh giá được bằng tính toán, ví dụ như trong thành 
phố có nhiều vật cản phản xạ quanh nơi đặt trạm mặt đất. Vì thế phải dùng phương 
pháp đo thực tế để đo nhiễu.
+ Sự can nhiễu từ vệ tinh thông tin khác đến trạm mặt đất:
 Hình 4.11 cho ta thấy can nhiễu xảy ra do các vệ tinh đặt gần nhau. Ta xem 
xét tín hiệu can nhiễu từ vệ tinh 1 tác động lên trạm mặt đất 2 và tín hiệu can nhiễu 
từ vệ tinh 2 tác động lên trạm mặt đất 1. Khi góc θ càng nhỏ ( tương ứng với 2 vệ 
tinh đặt càng gần nhau) thì ảnh hưởng của chúng lên trạm mặt đất càng lớn. 
67
θ θ
Vệ tinh 1 Vệ tinh 2
Trạm mặt đất 2
Quỹ đạo 
vệ tinh
 Đường liền nét 
biểu thị đường đi của 
tín hiệu mong muốn.
 Đường đứt nét 
biểu thị đường đi của 
tín hiệu can nhiễu.
Hình 4.11 Can nhiễu giữa các hệ thống thông tin vệ tinh.
Trạm mặt đất 1
Trạm mặt đất.
Trạmviba.
Quỹ đạo địa tĩnh
Hình 4.10 Can nhiễu giữa viba và trạm mặt đất và vệ tinh
Trong thực tế, tỷ số công suất của sóng mang trên sóng can nhiễu C/N giữa 
các vệ tinh có thể lớn hơn hoặc bằng 30dB (1000 lần) khi hai vệ tinh đặt cách nhau 
khoảng 30 ngay trên quỹ đạo, ngay cả nếu các anten của chúng cùng chiếu vào cùng 
một vị trí.
4.9.3.2 Nhiễu cùng tuyến
Nhiễu có thể tạo ra ngay trong tuyến, gọi là nhiễu cùng tuyến, bao gồm :
+ Tạp âm nhiễu khử phân cực
Loại nhiễu này thường xảy ra trong hệ thống thông tin phân cực kép, nó bị chi 
phối bởi các đặc tính của anten. Để triệt tạp âm nhiễu khử phân cực, chọn loại anten 
có XPD (khả năng phân biệt phân cực chéo) lớn, thường thì XPD của anten khoảng 
30dB, nhưng ở tần số 10GHz thì XPD của anten lại giảm do mưa.
+ Tạp âm nhiễu kênh lân cận.
Nhiễu này gây ra bởi kênh lân cận có cùng phân cực với tuyến vệ tinh đang 
xét. Có thể triệt nhiễu kênh lân cận bằng một bộ lọc có đặc tính cắt nhọn.
4.9.3.3 Tạp âm méo xuyên điều chế
Tạp âm méo xuyên điều chế là một trong nhiều loại tạp âm ở đường truyền 
thông tin vệ tinh. Tạp âm xuyên điều chế trong vệ tinh sinh ra khi bộ phát đáp của 
nó khuếch đại đồng thời nhiều sóng mang. Các đặc tuyến phi tuyến vào ra của bộ 
phát đáp là nguyên nhân sinh ra tạp âm xuyên điều chế. Bộ khuếch đại đèn sóng 
chạy TWT được sử dụng là thành phần chính của bộ phát đáp.
Hình 4.12. mô tả mối quan hệ giữa đầu vào và đầu ra của một TWT, nếu quan 
hệ vào ra tuyến tính như đường đứt nét thì không gây ra méo xuyên điều chế. Tuy 
nhiên trong thực tế đặc tuyến của TWT không tuyến tính nên gây ra xuyên điều chế. 
Khi mức vào vượt quá một giá trị nào đó, thì mức ra của TWT không tăng được nữa 
mặc dù mức vào vẫn tăng đáng kể, hiện tượng này gọi là bão hoà. Để méo do xuyên 
điều chế nhỏ hơn giá trị cho phép, TWT phải làm việc ở mức thấp hơn điểm bão 
hoà. 
Mức công suất chênh lệch giữa điểm làm việc và điểm bão hoà tại đầu vào và 
đầu ra tương ứng gọi là độ lùi đầu vào (IBO) và độ lùi đầu ra (OBO).
68
mức vào
m
ứ
c 
ra
Hình 4.12. Đặc tính vào ra của TWT.
Tạp âm xuyên điều chế sinh ra do các sản phẩm xuyên điều chế hoặc méo lọt 
vào băng tần truyền dẫn khi nhiều sóng mang được khuếch đại đồng thời bằng bộ 
khuếch đại TWT phi tuyến. Mức độ xuyên điều chế phụ thuộc vào số sóng mang và 
sự chênh lệch tần số giữa chúng.
4.10 HIỆU ỨNG DOPPLER
Hiệu ứng Doppler là hiệu ứng trong đó tần số bị lệch khi độ dài đường liên lạc 
vô tuyến thay đổi theo thời gian, dẫn đến thay đổi về pha liên tục. Nếu tốc độ thay 
đổi đường truyền trực tiếp từ trạm mặt đất đến vệ tinh là V, tốc độ ánh sáng là C, 
tần số tín hiệu thu được là f thì sự thay đổi tần số khi thu f∆ được tính như sau:
C
Vf
f 0=∆ với 0f là tần số tín hiệu.
Nói chung hiệu ứng Doppler gây ra méo trong thông tin vô tuyến băng rộng 
và ở các băng tần gốc đã được giải điều chế có hiện tượng dãn ra hoặc co lại. 
Nhưng nó không ảnh hưởng nhiều đối với các vệ tinh quỹ đạo elip hay hệ thống vệ 
tinh địa tĩnh.
4.11 TRỄ TRUYỀN DẪN:
 Trong thông tin vệ tinh, hiện tượng trễ tín hiệu xảy ra khi cự ly thông tin 
quá dài, vì toàn bộ đường truyền sóng của tuyến lên và xuống là hơn 72.000km, gây 
ra sự trễ tín hiệu lên đến 250ms. Nhưng thời gian trễ 500ms mới ảnh hưởng đến 
cuộc thoại. Do đó nên tránh làm việc với hai bước nhảy (có trạm mặt đất chuyển 
tiếp cho thông tin giữa hai trạm cần liên lạc với nhau) vì sẽ gây độ trễ quá 1s.
69
Mức vào tại điểm bão hoà
m
ứ
c 
ra
Hinh 4.12. Mức lùi đầu vào và lùi đầu ra.
Mức ra tại điểm 
làm việc
Mức ra tại điểm 
bão hoà
Mức vào tại điểm làm việc
độ lùi đầu ra
Đ
ộ 
lù
i 
đ
ầ
u 
v
à