CHƯƠNG I: TIÊU CHUẨN CHỌN LỰA VÙNG VỆ TINH VÀ CƠ SỞ ĐẶT TRẠM LES TẠI T.P HỒ CHÍ MINH I TIÊU CHUẨN CHỌN LỰA VÙNG VỆ TINH ĐỂ TÍNH SUY HAO ĐƯỜNG TRUYỀN Việt Nam nước nằm đường giao thông quốc tế từ Ấn Độ Dương lên Bắc Thái Bình Dương, nằm vùng bao phủ hai vệ tinh IOR POR Trong điều kiện kinh tế nước ta nghèo, ngành công nghiệp hàng hải chưa mạnh, lúc xây dựng hai trạm LES cho hai vùng vệ tinh Do đó, việc lựa chọn vùng vệ tinh cho việc xây dựng trạm LES Việt Nam phải vào yếu tố kinh tế, kỹ thuật cho chi phí cho việc xây dựng trạm phải rẻ tiền, hiệu thu hút nhiều thuê bao sau Ta thấy rằng, khả thu hút thuê bao phụ thuộc vào nhiều yếu tố yếu tố quan trọng phải chọn vùng vệ tinh bao phủ thích hợp, có mật độ hoạt động tầu bè lớn, có nhiều tuyến đường hàng hải quan trọng Vệ tinh Ấn Độ Dương IOR bao phủ toàn vùng biển Ấn Độ Dương, phần Thái Bình Dương đặc biệt bao phủ toàn vùng biển hai trung tâm kinh tế quan trọng, phát triển động giới vùng biển nước Đông nam Á vùng biển nước thuộc khối EU Nằm vùng bao phủ vệ tinh này, có tuyến hàng hải quan trọng giới, với mật độ tàu bè qua lại dày đặc: - Từ cảng Singapore trung tâm trung chuyển cung ứng lớn giới có tuyến hàng quan trọng Hồng Kông, Nam triều tiên, Nhật Bản, nước Châu Âu, nước Nam Á Đông Nam Á,… - Vùng biển Địa Trung Hải, biển Ban tích kênh đào Sue vùng biển có mật độ tàu bè dày đặc phục vụ việc trao đổi buôn bán thương mại nước khối EU, nước Châu Âu Châu Á,… - Các vùng biển Nam Phi, Đông Phi Tây Phi phục vụ việc trao đổi hàng hoá buôn bán châu lục châu lục với nước khác giới So sánh với vùng biển nằm vùng bao phủ vệ tinh POR ta thấy trạm LES vệ tinh IOR có khả thu hút thuê bao lớn nhiều so với vệ tinh POR Qua phân tích sở kinh tế kỹ thuật để lựa chọn vùng vệ tinh cho trạm LES Việt Nam, ta thấy chọn vùng vệ tinh IOR tối ưu II CƠ SỞ ĐẶT TRẠM LES TẠI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH 1 Điều kiện địa lý: - Đây yếu tố quan trọng quan tâm suốt trình lựa chọn vị trí - Vị trí đặt trạm thường xác định cho góc ngẩng anten khu vực mặt nghiêng chân trời quan sát tối đa cung địa tĩnh - Sự xác định đảm bảo cho phép thông tin liên lạc với vệ tinh xác định phạm vi quan sát cung địa tĩnh - Vị trí đặt trạm thường xác định cho khoảng cách trạm mặt đất với trung tâm chuyển mạch tối thiểu Do đó, giảm số chuyển tiếp sóng vi ba mặt đất độ dài cáp đồng trục Điều giảm cước phí đường truyền - Vị trí đặt trạm thường xác định cách hợp lý gần tới trung tâm kinh tế để thu hút thuê bao nhằm mục đích giảm cước phí tối thiểu yêu cầu vận chuyển 2.Yếu tố địa chấn: Mặt đất phải có khả chịu tải việc xây dựng lắp đặt anten trạm mặt đất Điều đặc biệt quan trọng cấu trúc anten nặng lớn Do đó, vị trí đặt trạm lý tưởng phải vững chắc, mặt đất ổn định Sự trắc địa sơ vùng dành riêng cho vị trí đặt trạm bao gồm vị trí để khoan thăm dò, từ vị trí khoan người ta phân tích loại đất, đá nằm bên độ sâu khác Từ đó, người ta xác định lượng sunfat đất mạch nước ngầm bên để xem xét ăn mòn sunfat sở hạ tầng xây dựng, độ lún đất Nhân tố nhiễu: Nhiễu sinh từ tuyến thông tin liên lạc khác radar, nhiễu từ trạm mặt đất với dịch vụ thông tin khác, đặc biệt thiết lập sóng viba mặt đất hoạt động dải tần Để giảm tối thiểu khả nhiễu RF tới trạm LES đường dẫn nên xem xét sau: + Mục tiêu đầu tiêu phải tối thiểu hoá khả nhiễu RF thông qua việc lựa chọn khu vực địa lý, tự nhiên thích hợp + Nhiễu tạp âm sóng viba từ đường cao không đáng kể mức thấp, trừ trường hợp nơi mà điện áp cao có điện áp từ vài trăm KV trở lên Do để phòng ngừa tạp âm nhiễu từ viba, trạm mặt đất nên xây dựng cách xa đường cao khoảng vài trăm mét + Sự hoạt động tuyến hàng không vùng lân cận trạm LES phát sinh nhiễu thông qua phần búp sóng anten từ radar phát xạ tác động lên máy bay sau phản xạ lại anten trạm mặt đất Do vậy, vị trí đặt anten phải tránh đường giao thoa đường truyền vệ tinh với đường hạ cánh máy bay Nhân tố môi trường: Để đảm bảo thiết kế trạm mặt đất thích hợp điều kiện khí hậu có ảnh hưởng lớn như: tốc độ gió, áp thấp nhiệt đới, bão, lốc ảnh hưởng lớn tới kết cấu anten trạm mặt đất Ngoài ra, lượng mưa, cường độ mưa độ ẩm ảnh hưởng lớn đến suy hao đường truyền, vấn đề liên quan đến giá thành lắp đặt trạm LES Trắc địa vị trí: Mỗi vị trí phải khảo sát chi tiết thông qua khu vực trắc địa để cho vị trí đặt trạm có sở hạ tầng thuận lợi, không ảnh hưởng tới điều kiện đường truyền tuyến đường truyền vệ tinh, đảm bảo để góc ngẩng góc phương vị anten không bị che khuất so với đường chân trời góc > 50 CHƯƠNG II: CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN SUY HAO ĐƯỜNG TRUYỀN TRÊN TUYẾN THÔNG TIN VỆ TINH Do khoảng cách trạm mặt đất với vệ tinh lớn trình truyền sóng, vấn đề suy hao đường truyền vấn đề quan trọng Do đó, thiết kế đường truyền vệ tinh người ta phải ý đến loại suy hao này, bao gồm: Suy hao truyền sóng không gian tự do: Khi sóng vô tuyến điện truyền không gian tự do, tỷ số công suất phát công suất thu điểm cách nơi phát khoảng R(m) gọi suy hao không gian tự do, tính theo công thức sau:  4π R  γ = ÷  λ  (1) Trong λ bước sóng sóng vô tuyến điện Từ (1) ta thấy suy hao không gian tự γ tỷ lệ với bình phương khoảng cách truyền lan sóng Do đó, suy hao không gian tự giảm đáng kể cự ly truyền sóng Một tuyến thông tin vệ tinh bao gồm đường truyền sóng từ anten trạm phát đến vệ tinh (tuyến lên) từ vệ tinh đến anten thu trạm mặt đất (tuyến xuống) Với vệ tinh địa tĩnh bay độ cao 35788km, cự ly thông tin từ trạm LES đến vệ tinh cho tuyến lên hay tuyến xuống gần 35788km Khi anten chiếu thẳng vào vệ tinh với góc ngẩng cực đại bẳng 900 , xa 41679km góc ngẩng anten hướng vào vệ tinh gần theo phương nằm ngang với góc ngẩng nhỏ cho phép 50 Do cự ly truyền sóng thông tin vệ tinh lớn nên suy hao lớn tuyến suy hao không gian tự Do sóng xạ từ anten phát phát theo hướng dùng anten vô hướng với giả thiết môi trường chân không toàn bộ, ta có suy hao không gian tự tính bằng: Ltd = 20 lg S ( km ) 20 lg f ( GHz ) + 92.45 ( dB ) Trong đó: Ltd suy hao không gian tự (dB) S chiều dài tuyến lên hay tuyến xuống (km) f tần số công tác Suy hao uốn cong tia sóng: Ta thấy, tia sóng vô tuyến điện trạm mặt đất vệ tinh mặt lý thuyết đường thẳng, song thực tế bị uốn cong thay đổi chiều cao tầng khúc xạ Sự uốn cong tia sóng đánh giá góc uốn phụ thuộc vào góc ngẩng anten trạm mặt đất, góc ngẩng lớn góc uốn cong tia sóng giảm Đồ thị mô tả sóng vô tuyến bị uốn cong qua tầng khí quyển: Hình 1: Sóng VTĐ bị uốn cong qua tầng khí Ta có Ns tính khúc xạ tạị bề mặt trái đất Ns = 315 giá trị tầng khí chuẩn Suy hao tia sóng bị phân kỳ: Do chiều cao khúc xạ tầng khí biến thiên theo thời gian hoạt động gương lõm cho tia sóng vô tuyến truyền qua, chúng bị suy hao phân kỳ Hình 2: Suy hao tia sóng bị phân kỳ Suy hao khuếch tán: Tính khúc xạ biến thiên tầng đối lưu gây làm cho sóng vô tuyến điện bị phát hướng khác nhau, kết tín hiệu thu bị suy hao Suy hao hỗn loạn tầng khí gọi suy hao khuếch tán Sự suy hao phụ thuộc vào góc ngẩng anten Góc ngẩng anten lớn, suy hao nhỏ biểu thị hình 3-3 Thực nghiệm cho thấy giá trị suy hao tính chất tán xạ khuếch tán tầng khí tia sóng, phụ thuộc vào góc ngẩng anten Do vậy, góc ngẩng anten lớn suy hao nhỏ dẫn đến công suất phát giảm, tín hiệu thu lớn Hình 3-3: Suy hao phụ thuộc vào góc ngẩng anten Với Da đường kính anten Các loại suy hao thực tế khác: - Suy hao chất khí có tầng đối lưu Tầng đối lưu lớp khí nằm sát mặt đất (cách 10km) gồm chất khí H 2O , O2 , O3 , CO2 Các chất hấp thụ sóng gây suy hao Suy hao phụ thuộc vào tần số góc ngẩng anten Anten có góc ngẩng lớn suy hao tầng đối lưu nhỏ - Suy hao tầng điện ly Tầng điện ly lớp khí nằm độ cao (60-500) km, bị ion hoá mạnh nên lớp khí độ cao bao gồm chủ yếu điện tử tự gồm ion âm dương nên gọi tầng điện ly Sự hấp thụ sóng tầng điện ly giảm tần số tăng Ở tần số từ (0,6-6) GHz hấp thụ tầng đối lưu nhỏ - Suy hao điều kiện thời tiết xảy tầng đối lưu mây, mưa, tuyết, sương mù Suy hao phụ thuộc vào nhiều yếu tố cường độ mưa hay sương mù, vào tần số, vào chiều dài quãng đường sóng mưa, chiều dài phụ thuộc vào góc ngẩng anten Suy hao thực tế phụ thuộc vào góc ngẩng anten, độ cao anten so với mực nước biển, chiều cao mưa sương mù mà đoạn đường thực tế sóng qua vùng khác Từ đó, suy hao tổng toàn chiều dài đoạn đường tính theo công thức sau: A = YLe ( dB ) Trong đó: Y suy hao mưa đoạn đường 1km (dB/km), phụ thuộc vào tần số, môi trường gây suy hao cường độ mưa hay độ dày sương mù Le chiều dài thực tế sóng qua vùng gây suy hao (km), phụ thuộc vào góc ngẩng anten, độ cao đặt anten, tính sau: Le = ( hm − hs ) / sin E ( km ) hm độ cao mưa (km), tính bằng: hm = + 0.028ϕ ( 00 < ϕ < 360 ) hs độ cao anten trạm mặt đất so với mực nước biển (km) E góc ngẩng anten(độ) - Suy hao Phiđơ thu, phát LFTx , lRTx + Suy hao phiđơ máy phát anten LFTx : suy hao tạo nên phiđơ dẫn song đầu nối + Suy hao phiđơ máy thu anten LRTx : suy hao tạo nên phiđơ dẫn sóng đầu nối - Suy hao ăngten thu phát lệch Khi anten thu phát lệch tạo suy hao, búp anten thu không hướng với chùm tia phát xạ anten phát Ta biểu diễn hai loại suy hao sau LT ( dB ) =12*(α T / θ3dB ) LR ( dB ) =12*(α R / θ3dB ) Trong : α T độ lệch hướng anten phát α R độ lệch hướng anten thu θ3dB độ rộng búp sóng anten tính mức 3dB - Suy hao thu không phân cực Loại suy hao bỏ qua anten thu không hướng phát với phân cực sóng mang thu Đối với sóng điện từ phát phân cực tròn trục xạ anten phát có phân cực tròn, trục xạ phân cực bị biến dạng thành elíp Ngoài ra, truyền môi trường phân cực bị biến đổi mưa Nếu coi góc γ góc hai mặt sóng suy hao lệch phân cực biểu diễn sau: LPOL = 20*lg(cosγ ) Thực tế thường lấy: LPOL = 3dB phân cực tròn Từ lý ta nhận thấy chọn vùng vệ tinh thích hợp ta rút ngắn cự ly truyền, giảm nhỏ số loại suy hao tiết kiệm công suất phát Quan sát vào khu vực phủ sóng vệ tinh INMARSAT ta thấy vùng biển nước Đông Nam Á nằm hai vùng phủ sóng vệ tinh Ấn Độ Dương Thái Bình Dương song Việt Nam gần với vệ tinh Ấn Độ Dương Do vậy, thiết lập đường thông tin liên lạc chọn vùng Ấn Độ Dương rút ngắn đường truyền CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN SUY HAO ĐƯỜNG TRUYỀN TRÊN TUYẾN THÔNG TIN VỆ TINH CỦA MỘT TRẠM LES ĐẶT TẠI TP.HỒ CHÍ MINH Việc tính toán suy hao đường truyền tuyến thông tin vệ tinh INMARSAT C giúp cho việc xác định xác thông số kỹ thuật trạm LES Việt Nam