Đồ án Tính can nhiễu giữa các vệ tinh

giới hạn EIRP lệch trục (EIRP off-axis) cho phép áp dụng đối với đƣờng lên trạm mặt đất: + Trong dải tần : 13.750 – 13.990 MHz EIRP off-axis ≤ - 46,56 + 29 – 25 logθ (dBW/Hz) + Trong dải tần: 14.255 – 14.495 MHz EIRP off-axis ≤ - 47,56 + 29 – 25 logθ (dBW/Hz) - Mật độ giới hạn EIRP đồng trục (EIRP on-axis) trong dải tần: 14.255- 14.495 MHZ: EIRP on axis ≤ - 7,1 (dBW/Hz) - Đƣờng kính tối thiểu angten phát trạm mặt đát sử dụng là 1,2m. - Đƣờng kính tối thiểu angten thu trạm mặt đất khuyến nghị sử dụng là 0,6m để thu tín hiệu truyền hình và 1,2m cho các dịch vụ khác (VSAT,…). Đồ án tốt nghiệp Tính can nhiễu giữa các vệ tinh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 39 2.2. Phần không gian 2.2.1. Bộ phát đáp - Bộ phát đáp bao gồm tập hợp các khối nối với nhau để tạo nên một kênh thông tin duy nhất giữa anten thu và anten phát trên vệ tinh thông tin. Một số khối trong bộ phát đáp có thể đƣợc dùng chung cho nhiều bộ phát đáp khác. - Trƣớc khi trình bầy chi tiết các khối khác nhau của bộ phát đáp, ta sẽ xét ngắn gọn tổ chức tần số cho thông tin vệ tinh băng C. Băng thông ấn định cho dịch vụ băng C là 500 MHz và băng thông này đƣợc chia thành các băng con, mỗi băng con dành cho một bộ phát đáp. - Độ rộng băng tần thông thƣờng của bộ phát đáp là 36 MHz với đoạn băng bảo vệ giữa các bộ phát đáp là 4MHz. Vì thế băng tần 500 MHz có thể đảm bảo cho 12 bộ phát đáp. Bằng cách ly phân cực, ta có thể tăng số bộ phát đáp lên hai lần. Cách ly phân cực cho phép sử dụng cùng một tần số nhƣng với phân cực ngƣợc chiều nhau cho hai bộ phát đáp. Để thu đƣợc kênh của mình, các anten thu phải có phân cực trùng với phân cực phát của kênh tƣơng ứng. - Đối với phân cực tuyến tính, ta có thể cách ly phân cực bằng phân cực đứng và phân cực ngang. Đối với phân cực tròn, cách lý phân cực nhận đƣợc bằng cách sử dụng phân cực tròn tay phải và phân cực tròn tay trái. Vì các sóng mang với phân cực đối nhau có thể chồng lấn lên nhau, nên kỹ thuật này đƣợc gọi là tái sử dụng tần số. Hình 2.1. Quy hoạch tần số và phân cực, tần số trên hình vẽ đo bằng MHz - Cũng có thể tái sử dụng tần số bằng các anten búp hẹp, và phƣơng thức này có thể kết hợp với tái sử dụng theo phân cực để cung cấp độ rộng băng tần hiệu dụng 2000 MHz trên cơ sở độ rông thực tế 500 MHz. Đồ án tốt nghiệp Tính can nhiễu giữa các vệ tinh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 40 - Đối với một trong số các nhóm phân cực, hình 2.2 cho thấy chi tiết hơn sơ đồ phân kênh cho 12 bộ phát đáp. Dải tần thu hay dải tần đƣờng lên là 5,925 đến 6,425 GHz. Các sóng mang có thể đƣợc thu trên một hay nhiều anten đồng phân cực. Bộ lọc vào cho qua toàn bộ băng tần 500 MHz đến mày thu chung và loại bỏ tạp âm cũng với nhiễu ngoài băng (nhiễu này có thể gây ra do các tín hiệu ảnh). Trong dải thông 500 MHz này có thể có rất nhiều sóng mang đƣợc điều chế và tất cảc các sóng mang này đều đƣợc khuyếch đại, biến đổi tần số trong máy thu chung. Biến đổi tần số chuyển các sóng mang này vào băng tần số đƣờng xuống 3,7 đến 4,2 GHz với độ rộng 500 MHz. Sau đó các tín hiệu đƣợc phân kênh vào các độ rộng băng tần của từng bộ phát đáp. - Thông thƣờng độ rộng băng tần cấp cho mỗi bộ phát đáp là 36 MHz với đoạn băng bảo vệ 4 MHz, vì thế 500MHz có thể đảm bảo kênh cho 12 bộ phát đáp. Bộ phát đáp có thể xử lý một sóng mang đƣợc điều chế nhƣ tín hiệu TV chẳng hạn hay có thể xử lý nhiều sóng mang đồng thời với mỗi sóng mang đƣợc điều chế bởi tín hiệu điện thoại hay kênh băng gốc nào đó. Hình 2.2. Các kênh của bộ phát đáp vệ tinh 2.2.2. Máy thu băng rộng - Sơ đồ khối của máy thu băng rộng đƣợc cho ở hình 2.3. Máy thu có dự phòng kép để đề phòng trƣờng hợp sự cố. Bình thƣờng chỉ có máy thu công tác đƣợc sử dụng, khi có sự cố máy thu thứ hai đƣợc tự động chuyển vào thay thế. - Tầng đầu của máy thu là bộ khuếch đại tạp âm nhỏ (LNA:low noise amplifier). Bộ khuếch đại này chỉ gây thêm một ít tạp âm cho sóng mang đƣợc khuếch đại, Đồ án tốt nghiệp Tính can nhiễu giữa các vệ tinh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 41 nhƣng vẫn đảm bảo đủ khuếch đại sóng mang để nó có thể vƣợt qua đƣợc mức tạp âm cao hơn trong tầng trộn tiếp sau. Khi tính toán tạp âm do bộ khuếch đại gây ra, để tiện lơi ta thƣờng quy đổi tất cả các mức tạp âm vào đầu vào LNA, ở đây tổng tạp âm thu có thể đƣợc biểu diễn vào nhiệt độ tạp âm tƣơng đƣơng. - Trong một máy thu đƣợc thiết kế tốt, nhiệt độ tạp âm đƣợc quy đổi vào đầu vào LNA thƣờng có giá trì gần bằng tạp âm của riêng LNA. Tổng nhiệt độ tạp âm phải bao gồm: tạp âm từ anten. Nhiệt độ tạp âm tƣơng đƣơng của anten có thể lên đến vài trăm K. LNA tiếp tín hiệu cho một tầng trộn. Tầng này cần có tín hiệu dao động nội để biến đổi tần số. Công suất tín hiệu cấp từ bộ dao động nội cho đầu vào bộ trộn khoảng 10dBm. Tần số của bộ dao động nội phải rất ổn định và có ít tạp âm. - Bộ khuếch đại thứ hai sau tầng trộn có nhiêm vụ đảm bảo hệ số khuếch đại vào khoảng 60 dB. Các mức tín hiệu so với đầu vào trên hình vẽ đƣợc cho ở dB. Sự phân chia khuếch đại tại 6GHz và 4GHz để tránh dao động xẩy ra nếu khuếch đại quá lớn trên cùng một tần số. Máy thu băng rộng chỉ sử dụng các thiết bị tích cực bán dẫn. - Trong một số thiết kế, các bộ khuếch đại diode tunnel đƣợc sử dụng cho tiền khuếch đại tại 6GHz trong các bộ phát đáp 6/4- GHz và cho các bộ khuếch đại thông số tại 14 GHz trong các bộ phát đáp 14/12-GHz. Với sự tiến bộ của công nghệ Transitor trƣờng (FET), cac bộ khuếch đại FET đảm bảo hiệu năng ngang bằng hoặc tốt hơn hiện đã đƣợc sử dụng trong cả hai băng tần. Các tầng trộn diode đƣợc sử dụng. Bộ khuếch đại sau bộ trộn có thể sử dụng các transistor tiếp giáp lƣỡng cực (BJT) tại 4GHz và FET tại 12 GHz hay FET cho cả hai băng. Đồ án tốt nghiệp Tính can nhiễu giữa các vệ tinh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 42 Hình 2.3. Máy thu băng rộng vệ tinh 2.2.3. Bộ phân kênh vào - Bộ phân kênh vào phân chia đầu vào băng rộng (3,7-4,2 GHz) thành các kênh tần số của bộ phát đáp. Chẳng hạn, trên hình 2.2 các kênh này đƣợc đánh số từ 1 đến 12. Các kênh này thƣờng đƣợc tổ chức thành các nhóm số chẵn và số lẻ. Việc tổ chức này cho phép tăng thêm phân cách kênh và giảm nhiễu giữa các kênh lân cận trong một nhóm. Đầu ra của máy thu đựơc đƣa đến một bộ chia công suất, đến lƣợt mình bộ chia công suất lại tiếp sóng cho hai dẫy circulator riêng biệt. Toàn bộ tín hiệu băng rộng đƣợc truyền theo từng dẫy và phân kênh đạt đƣợc nhờ các bộ lọc kênh nối đến circulator nhƣ trên hình 2.4. Mỗi bộ lọc có độ rộng băng 36 MHz và đƣợc điều chỉnh đến tần số trung tâm của băng (xem hình 2.1). Mặc dù tổn hao trong bộ phân kênh khá lớn, các tổn hao này dễ dàng đƣợc bù đắp trong tổng khuếch đại cho các kênh phát đáp. Đồ án tốt nghiệp Tính can nhiễu giữa các vệ tinh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 43 Hình 2.4. Bộ phân kênh vào Đồ án tốt nghiệp Tính can nhiễu giữa các vệ tinh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 44 2.2.4. Bộ khuếch đại công suất - Bộ khuếch đại công suất riêng đảm bảo đầu ra cho từng bộ phát đáp. Hình 2.5 cho thấy trƣớc mỗi bộ khuếch đại công suất là bộ suy giảm đầu vào. Bộ này cần thiết để điều chỉnh đầu vào của bộ khuếch đại công suất đến mức mong muốn. Bộ suy hao có phần cố định và phần thay đổi. Phần cố định để cân bằng các thay đổi suy hao vào sao cho các kênh phát đáp có cùng suy hao danh định. Điều chỉnh đƣợc thực hiện trong quá trình lắp ráp. Phần suy hao thay đổi để thiết lập mức cho từng kiểu ứng dụng. Hình 2.5. Sơ đồ khối và biểu đồ các mức tương đối điển hình trong một bộ phát đáp 2.2.5. Phân hệ anten - Anten trên vệ tinh thực hiện chức năng kép: thu đƣờng lên và phát đƣờng xuống. Chúng có nhiều loại: từ các anten dipole có đặc tính vô hƣớng đến các anten tính hƣớng cao phục vụ cho viễn thông, chuyển tiếp truyền hình và phát quảng bá. Búp sóng của anten thƣờng đƣợc tạo ra bởi các anten kiểu phản xạ, thƣờng là bộ phản xạ parabol tròn xoay. Hệ số khuếch đại của anten phản xạ parabol so với bộ phát xạ đẳng hƣớng đƣợc xác định theo phƣơng trình sau: Đồ án tốt nghiệp Tính can nhiễu giữa các vệ tinh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 45 trong đó λ là bƣớc sóng của tín hiệu, D là đƣờng kính bộ phản xạ và ηI là hiệu suất mặt mở (thƣờng có giá trị bằng 0,55). Độ rộng búp sóng -3dB đƣợc xác định gần đúng nhƣ sau: - Tỷ số D/λ đƣợc coi là hệ số chủ chốt của các phƣơng trình trên: hệ số khuếch đại tỷ lệ thuận với (D/λ)2 và độ rộng búp sóng tỷ lệ nghịch với D/λ. Vì thế hệ số khuếch đại sẽ tăng khi độ rộng búp sóng hẹp hơn bằng các tăng kích thƣớc bộ phản xạ và giảm bƣớc sóng. Các bộ phản xạ kích thƣớc lớn là các bộ phản xạ băng 6/4GHz. Các bộ phản xạ trong băng tần 14/12GHz với cùng hiệu năng sẽ có kích thƣớc nhỏ hơn nhiều. - Hình 2.6 minh họa phân hệ anten của vệ tinh. Từ hình vẽ ta thấy mức độ phức tạp của phân hệ này đối với các vệ tinh thông tin lớn. Các bộ phản xạ lớn dành cho băng 6/4GHz để phủ bán cầu và các vùng phủ nhƣ cho ở hình 2.6. Các anten này đƣợc tiếp sóng bởi các dàn anten loa và các nhóm loa khác nhau đƣợc kích thích để tạo nên dạng búp sóng cần thiết. - Từ hình này ta thấy các dàn riêng đƣợc sử dụng cho phát và cho thu. Mỗi dàn có 146 loa lƣỡng cực. Trong dải 14/11 GHz, bộ phản xạ tròn đƣợc sử dụng để tạo búp hẹp, một cho đông và một cho tây quả đất nhƣ trình bầy trên hình 2.6. Các búp sóng này có thể lái đƣợc. Mỗi búp đƣợc tiếp sóng bởi một loa đƣợc sử dụng cho cả phát và thu. Các búp rộng để phủ toàn cầu đƣợc tạo ra bởi các anten loa đơn giản tại 6/4GHz. Ngoài ra trên hình vẽ ta thấy có một anten hai nón đƣợc sử dụng cho các tín hiệu điều khiển và bám. - Cùng một loa tiếp sóng có thể sử dụng cho cả phát và thu với cùng phân cực. Các tín hiệu phát và thu đƣợc tách ra ở bộ ghép song công (Duplexer) kết hợp với lọc tần số. Phân biệt phân cực cũng có thể đƣợc sử dụng để tách các tín hiệu phát thu sử dụng cùng một loa tiếp sóng. Chẳng hạn có thể sử dụng loa để phát phân cực đứng trong băng tần đƣờng xuống và đồng thời thu các sóng phân cực ngang trong băng tần đƣờng lên. Phân tách phân cực đƣợc thực hiện tại thiết bị đƣợc gọi là bộ ghép trực giao hay bộ chuyển đổi chế độ trực giao (OMT). Các loa khác nhau cũng có thể Đồ án tốt nghiệp Tính can nhiễu giữa các vệ tinh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 46 đƣợc sử dụng cho các chức năng phát và thu với cả hai loa dùng cho cùng một bộ phản xạ. Hình 2.6. Phân hệ anten cho vệ tinh 2.2.6. Phân hệ thông tin - Hình 2.7 cho thấy phân hệ thông tin vệ tinh. Tải trọng trên vệ tinh đƣợc gọi là tải trọng lai ghép hay lƣỡng băng vì nó mang các bộ phát đáp băng C và băng K. Trong băng C nó cung cấp 12 kênh mỗi kênh rộng 36 MHz và sáu kênh băng rộng với mỗi kênh rộng 72 MHz. Trong băng K, nó cung cấp bốn kênh với mỗi kênh rộng 108 MHz. Các kênh 36 MHz sử dụng các TWTA 7-W với dự phòng 12:14. Nghĩa là 12 bộ dự phòng cho 14 bộ hoạt động. Các kênh 72 MHz sử dụng các TWTA 10,5 W với dự phòng 6:8. Các máy thu đƣợc thiết kế bằng linh kiện bán dẫn và với dự phòng 2:4cho băng C và 1:2 cho băng K. Anten với bộ phản xạ tròn đƣờng kính 180 Đồ án tốt nghiệp Tính can nhiễu giữa các vệ tinh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 47 cm đƣợc sử dụng cho băng C. Đây là anten hai phân cực với tiếp sóng riêng băng C cho các phân cực ngang và đứng. Anten băng K có bộ phản xạ Elip. Hình 2.7. Sơ đồ khối phân hệ thông tin cho vệ tinh 2.2.7. Phân hệ đo bám và điều khiển từ xa - Phân hệ TT&C (Telemetry, Tracking and Command: Đo từ xa, bám và điều khiển) thực hiện một số chức năng thƣờng xuyên trên vệ tinh. Chức năng đo từ xa có thể hiểu nhƣ là đo trên một cự ly xa. Chẳng hạn tạo ra một tín hiệu điện tỷ lệ với chất lƣợng đƣợc đo, mã hoá nó và phát nó đến trạm xa (trạm mặt đất). Dữ liệu trong Đồ án tốt nghiệp Tính can nhiễu giữa các vệ tinh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 48 tín hiệu đo từ xa có cả thông tin độ cao nhận đƣợc từ các bộ cảm biến mặt trời và trái đất, thông tin môi trƣờng nhƣ cƣờng độ từ trƣờng và phƣơng, tần suất ảnh hƣởng của thiên thạch.... và các thông tin về tầu vũ trụ nhƣ: nhiệt độ, điện áp nguồn, áp suất nhiên liệu. Một số tần số đƣợc quốc tế quy định để phát tín hiệu đo từ xa cho vệ tinh. - Trong giai đoạn phóng vệ tinh, một kênh đặc biệt đƣợc sử dụng cùng với anten vô hƣớng. Khi vệ tinh đã vào quỹ đạo ổn định, một trong số các bộ phát đáp thƣờng đƣợc sử dụng cùng với anten có hƣớng, khi xẩy ra trình trạng khẩn cấp kênh này sẽ đƣợc chuyển mạch trở về kênh đặc biệt khi phóng vệ tinh. - Có thể coi đo từ xa và điều khiển là các chức năng bù lẫn cho nhau. Phân hệ đo từ xa phát thông tin về vệ tinh đến trạm mặt đất, còn phân hệ điều khiển thu các tín hiệu, thƣờng là trả lời cho thông tin đo từ xa. Phân hệ điều khiển giải điều chế và khi cần thiết giải mã các tín hiệu điều khiển rồi chuyển chúng đến thiết bị thích hợp để thực hiện hành động cần thiết. Vì thế có thể thay đổi độ cao, đấu thêm hoặc cắt bớt các kênh, định hƣớng lại anten hoặc duy trì quỹ đạo (maneuvers) theo lệnh từ mặt đất. - Để tránh thu và giải mã các lệnh giả, các tín hiệu điều khiển đƣợc mật mã hoá. Bám vệ tinh đƣợc thực hiện bằng các tín hiệu hải đăng đƣợc phát đi từ vệ tinh. Các tín hiệu này đƣợc TT&C trạm mặt đất thu. Bám đặc biệt quan trong trong các giai đoạn chuyển và dịch quỹ đạo của quá trình phóng vệ tinh. Khi vệ tinh đã ổn định, vị trí của vệ tinh địa tĩnh có xu thế bị dịch do các lực nhiễu khác nhau. Vì thế phải có khả năng bám theo sự xê dịch của vệ tinh và phát đi các tín hiệu hiệu chỉnh tƣơng ứng. Các hải đăng bám có thể đƣợc phát trong kênh đo từ xa hay bằng các sóng mang hoa tiêu tại các tần số trong một trong số các kênh thông tin chính hay bởi các anten bám đặc biệt. Định kỳ cũng cần có thông tin về khoảng cách từ vệ tinh đến trạm mặt đất. Thông tin này đƣợc xác định bằng cách đo trễ truyền các tín hiệu phát riêng cho mục đích đo cự ly. Ta thấy rằng các chức năng đo từ xa, bám và điều khiển là các khai thác phức tạp đòi hỏi các phƣơng tiện đặc biệt dƣới đất ngoài các phân hệ TT&C trên vệ tinh. Đồ án tốt nghiệp Tính can nhiễu giữa các vệ tinh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 49 2.3. Phần mặt đất Phần mặt đất của hệ thống thông tin vệ tinh bao gồm các trạm mặt đất thu và phát. Một trong những hệ thống trạm mặt đất đơn giản nhất là hệ thống thu ti vi tại nhà (TVRO – the home TV receive-only system) và hệ thống phức tạp nhất là hệ thống trạm mặt đất sử dụng cho các mạng thông tin quốc tế. 2.3.1. Hệ thống TVRO Phát thanh, truyền hình quảng bá phát trực tiếp tới bộ thu tại nhà khác hàng đƣợc quy hoạch trong băng tần Ku (12GHz). Anten thu tín hiệu TV đƣờng xuống trong băng tần C (4GHz) lớn hơn: có đƣờng kính khoảng 3m. Tuy nhiên các tín hiệu nhƣ vậy không đƣợc quy hoạch phát trực tiếp tới tận hộ gia đình nhƣ ở băng tần Ku mà nó sử dụng cho các mạng chuyển tiếp để tới các bộ oulet TV (bộ thu Tivi). Sự khác nhau chính của hệ thống TVRO trong băng tần C và băng tần Ku là ở tần số hoạt động của bộ outdoor unit và EIRP trong băng tần Ku cao hơn. Bộ outdoor unit: bao gồm anten thu đƣợc gắn trực tiếp tới bộ kết hợp amplifier/converter. 2.3.2. Trạm mặt đất thu, phát - Cấu trúc một trạm mặt đất nhƣ hình vẽ dƣới đây. Theo hƣớng lên, luồng thông tin của các mạng mặt đất đƣợc đƣa tới trạm mặt đất thông qua giao diện kết nối mạng mặt đất. Các luồng tín hiệu này sau đó đƣợc ghép kênh và định dạng lại, đƣợc điều chế bởi sóng mang trung tần (thƣờng là 70MHz). Tín hiệu trung tần này tiếp tục đƣợc biến đổi tới sóng mang cao tần mong muốn. Các sóng mang cao tần có thể đƣợc phát đồng thời và mặc dù có tần số khác nhau nhƣng đƣợc xác định theo nhóm băng tần chẳng hạn 6GHz, 14 GHz, . . . Các sóng mang có thể là các sóng mang đa điểm, có nghĩa là nó đƣợc thu tại nhiều điểm khác nhau. - Các sóng mang cao tần tiếp tục đƣợc kết hợp lại với nhau thông qua bộ Combiner để thành tín hiệu băng rộng và đƣợc khuyếch đại (HPA). Tín hiệu băng rộng đƣợc đƣa tới anten thông qua bộ Diplexer (Diplexer cho phép anten thu và phát tín hiệu đồng thời). - Anten thực hiện đồng thời hai chức năng thu và nhận tín hiệu nhƣng ở các dải tần số khác nhau chẳng hạn: trong băng tần C tín hiệu đƣợc phát lên ở tần số 6GHz và thu ở tần số 4GHz (6/4 GHz), băng tần Ku tín hiệu đƣợc phát lên ở tần số 14GHz và thu ở tần số 12GHz (14/12GHz). Anten đƣợc sử dụng thƣờng có độ khuyếch đại Đồ án tốt nghiệp Tính can nhiễu giữa các vệ tinh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 50 lớn, điều đó có nghĩa là búp sóng sẽ nhỏ. Búp sóng nhỏ là cần thiết để chống can nhiễu giữa các hệ thống thông tin vệ tinh cạnh nhau. Trong băng tần C, nhiễu đến/từ các tuyến viba mặt đất cần phải đƣợc ngăn chặn (tuyến viba mặt đất không hoạt động ở băng tần Ku). - Ở hƣớng xuống, tín hiệu băng rộng đƣợc khuếch đại tạp âm thấp (LNA) và đi tới bộ chia (divider), chia thành các sóng mang cao tần riêng rẽ, đƣợc biến đổi xuống tần số trung tần đi tới bộ giải điều. Tín hiệu sau bộ giải điều chế đƣợc đƣa tới giao diện mạng mặt đất theo các tuyến mong muốn. Anten feed Diplexer LNA HPA combiner Multiplex Demultiplexer/ SPD Tín hiệu Thiết bị kế nối với mạng mặt đất devider Up converter conv Các bộ điều chế Down converter conv Tới/từ các mạng mặt đất Hình 2.8. Sơ đồ khối trạm mặt đất Trung tần Sóng mang cao tần Đồ án tốt nghiệp Tính can nhiễu giữa các vệ tinh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 51 2.4. Các sơ đồ phân kênh của vệ tinh Vinasat Bảng 2.1. Phân kênh tần số đường lên băng C Đƣờng lên Số kênh Tần số Phân cực C1 6446 V C2 6486 V C3 6526 V C4 6566 V C5 6606 V C6 6646 V C7 6686 V C8 6446 H C9 6486 H C10 6526 H C11 6566 H C12 6606 H C13 6646 H C14 6686 H Bảng 2.2. Phân kênh tần số đường xuống băng C Đƣờng xuống Số kênh Tần số Phân cực C1 3412 H C2 3452 H Đồ án tốt nghiệp Tính can nhiễu giữa các vệ tinh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 52 C3 3492 H C4 3532 H C5 3572 H C6 3612 H C7 3652 H C8 3412 V C9 3452 V C10 3492 V C11 3532 V C12 3572 V C13 3612 V C14 3652 V Bảng 2.3. Phân Kênh Tần Số Đường Lên Băng Ku Số Kênh Tần số Băng thông Phân cực Ku1 13790 36 V Ku2 13830 36 V Ku3 13870 36 V Ku4 13910 36 V Ku5 13950 36 V Ku6 13990 36 V Ku7 14030 36 V Ku8 14070 36 V Ku9 14110 36 V Đồ án tốt nghiệp Tính can nhiễu giữa các vệ tinh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 53 Ku10 14150 36 V Ku11 14190 36 V Ku12 14230 36 V Ku13 14280 36 V Ku14 14320 36 V Ku15 14360 36 V Ku16 14400 36 V Ku17 14440 36 V Ku18 14480 36 V Bảng 2.4. Phân kênh tần số đường xuống băng Ku Số Kênh Tần số Băng thông Phân cực Ku1/7 10980 36 H Ku2/8 11020 36 H Ku3/9 11060 36 H Ku4/10 11100 36 H Ku5/11 11140 36 H Ku6/12 11180 36 H Ku13 11470 36 H Ku14 11510 36 H Ku15 11550 36 H Ku16 11590 36 H Ku17 11630 36 H Ku18 11670 36 H Đồ án tốt nghiệp Tính can nhiễu giữa các vệ tinh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 54 2.5. Vùng phủ sóng vệ tinh Vinasat 1. Băng tần C mở rộng: toàn bộ khu vực Đông Nam Á, Úc, Ấn Độ, một phần Trung Quốc và Nhật Bản. 2. Băng tần ku: toàn bộ khu vực đông dƣơng, Thái Lan và một phần Mianma. * Kết luận: Chƣơng này đã xét cấu trúc chung của bộ phát đáp trên vệ tinh. Mỗi bộ phát đáp bao gồm ba phân hệ: phân hệ anten, phân hệ thông tin và phân hệ TT&C. Hệ thống anten trên vệ tinh bao gồm các anten phủ sóng nửa bán cầu, phủ sóng vùng rộng, phủ sóng vùng hẹp và TT&C. Phân hệ thông tin gồm các máy thu băng rộng, các bộ phân kênh vào, các bộ khuyếch đại và các bộ ghép kênh ra. Các thiết bị này thƣờng đƣợc dự phòng để tăng độ tin cậy. Ngoài ra, phân hệ này cũng có thể chứa các bộ lọc phân cực đứng (V) và ngang (H). Phân hệ TT&C (đo, bám và điều khiển) cho phép đo từ xa các thông số vệ tinh báo cáo vệ trạm điều khiển dƣới mặt đất để nhận đƣợc các lệnh điều khiển tƣơng ứng. Phân hệ này phát đi tín hiệu hải đăng thông báo về vị trị bị xê dịch của nó để đảm bảo bám từ trạm mặt đất. Ngoài ra, dựa trên tín hiệu này trạm điều khiển dƣới mặt đất cũng phát lênh điều khiển vị trí vệ tinh. Đồ án tốt nghiệp Tính can nhiễu giữa các vệ tinh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 55 CHƢƠNG III SUY HAO TRONG THÔNG TIN VỆ TINH * Nội dung chính của chƣơng gồm: + Lý thuyết và công thức các loại suy hao vệ tinh + Lý thuyết tính toán và các thông số cơ bản EIRP, G/T 3.1. Suy hao trong thông tin vệ tinh Một tuyến thông tin vệ tinh bao gồm đƣờng truyền sóng từ anten của trạm phát đến vệ tinh (tuyến lên - uplink) và từ vệ tinh đến anten của trạm mặt đất thu (tuyến xuống - downlink). Do đó suy hao trong thông tin vệ tinh gồm các loại suy hao sau: 3.1.1. Suy hao trong không gian tự do - Đối với vệ tinh điạ tĩnh ở độ cao 35.768km, cự ly thông tin cho một tuyến lên hay một tuyến xuống gần nhất là 35.768km. Do cự ly truyền sóng trong thông tin vệ tinh lớn nhƣ vậy nên suy hao trong không gian tự do là suy hao lớn nhất. - Gọi suy hao này là Ltd , ta có: Trong đó d[km] : là chiều dài của một tuyến lên hay xuống. λ [m]: bƣớc sóng công tác. Bƣớc sóng λ đƣợc đổi ra tần số công tác với quan hệ f = c/λ . c: vận tốc ánh sáng c = 3.108 m/s. f: tần số công tác (GHZ) tính theo dB: Đồ án tốt nghiệp Tính can nhiễu giữa các vệ tinh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 56 - Suy hao không gian tự do của tuyến lên hay xuống khi công tác ở băng C (6/4GHz) vào khoảng 200dB. Để bù vào suy hao này, đảm bảo cho máy thu nhận đƣợc một tín hiệu đủ lớn cỡ -90dBm đến -60dBm, ngƣời ta sử dụng anten có đƣờng kính đủ lớn hàng chục mét để có hệ số tăng ích lớn khoảng 60dB và máy phát có công suất lớn hàng trăm đến hàng ngàn W. - Xét trƣờng hợp một máy phát có công suất bức xạ là 100W cho mỗi sóng mang, công tác ở băng C (6/4GHz). Nếu chỉ tính đến suy hao không gian tự do là 200dB thì công suất thu đƣợc ở sóng mang đó sẽ là: Tính theo dBw : PRx = 20 (dBW) - 200 (dB) = -180 (dBW) = -150 (dBmW). Với công suất nhỏ nhƣ vậy thì máy thu không thể thu đƣợc tín hiệu, để có đƣợc công suất đầu vào máy thu khoảng -70dBm thì ta phải sử dụng anten phát và thu có hệ số tăng ích lớn. Nếu hệ số tăng ích của anten trạm mặt đất là GR=50dB thì anten thu trên vệ tinh có hệ số tăng ích GT=30dB. - Ngoài suy hao chính trong không gian tự do còn có các suy hao khác tuy không lớn nhƣng khi tính toán tuyến thông tin vệ tinh mà ta không xét hết các khả năng xấu nhất do ảnh hƣởng của môi trƣờng truyền sóng thì khi xảy ra các hiện tƣợng đó chất lƣợng thông tin sẽ xấu đi và có thể làm gián đoạn thông tin. 3.1.2. Suy hao do tầng đối lƣu Tầng đối lƣu là lớp khí quyển nằm sát mặt đất lên đến độ cao (10km-15km) (theo quy định của tầng đối lƣu tiêu chuẩn), bao gồm các chất khí chính hấp thụ sóng gây ra suy hao nhƣ hơi nƣớc, Oxy, Ozon, Cacbonic. Suy hao này phụ thuộc nhiều vào tần số và góc ngẩng của anten và chỉ đáng kể khi tần số công tác từ 10GHz trở lên, nghĩa là khi công tác ở băng Ku (14/12GHz) hay băng Ka (30/20GHz). Anten có góc ngẩng càng lớn thì suy hao tầng đối lƣu càng nhỏ, do đƣờng truyền của sóng trong tầng đối lƣu càng ngắn. Tại các tần số 21GHz và 60GHz có các suy hao cực đại, đó là do sự cộng hƣởng hấp thụ đối với các phân tử hơi nƣớc và Oxy. Đồ án tốt nghiệp Tính can nhiễu giữa các vệ tinh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 57 3.1.3. Suy hao do tầng điện ly Tầng điện ly là lớp khí quyển nằm ở độ cao khoảng 60km đến 400km, do bị ion hoá mạnh nên lớp khí quyển ở độ cao này bao gồm chủ yếu là các điện tử tự do, các ion âm và dƣơng nên đƣợc gọi là tầng điện ly. Sự hấp thụ sóng trong tầng điện ly giảm khi tần số tăng, ở tần số trên 600MHz thì sự hấp thụ không đáng kể. 3.1.4. Suy hao do thời tiết - Suy hao do các điều kiện thời tiết nhƣ mây, mƣa, sƣơng mù, suy hao này phụ thuộc vào nhiều yếu tố nhƣ cƣờng độ mƣa hay sƣơng mù, vào tần số, vào chiều dài quãng đƣờng đi của sóng trong mƣa, chiều dài này phụ thuộc vào góc ngẩng anten. Khi góc ngẩng tăng, suy hao giảm, với góc ngẩng anten khoảng 400 trở lên thì Suy hao không đáng kể, lúc đó suy hao do mƣa khoảng 0,6 dB, suy hao do sƣơng mù khoảng 0,2dB, còn suy hao trong các chất khí rất nhỏ có thể bỏ qua. Nói chung khi tần số và cƣờng độ mƣa tăng thì suy hao tăng nhanh, đặc biệt trong khoảng tần số từ 10GHz đến 100GHz. - Suy hao thực tế tuỳ thuộc vào góc ngẩng anten, độ cao đặt anten so với mức nƣớc biển, chiều cao cơn mƣa và sƣơng mù mà đoạn đƣờng đi thực tế của sóng qua vùng đó là khác nhau. Suy hao trên toàn bộ đoạn đƣờng có chiều dài Le sóng đi qua là: Ltt = γ .Le (dB) Trong đó γ : là hệ số suy hao trên đoạn đƣờng 1km (dB/km), phụ thuộc tần số, môi trƣờng gây suy hao nhƣ cƣờng độ mƣa hay độ dày của sƣơng mù. Le : là chiều dài thực tế sóng đi qua vùng gây suy hao (km), phụ thuộc góc ngẩng anten, đ