Luận văn Nhiễu trong thông tin vệ tinh kết quả đo và một số giải pháp hạn chế nhiễu

ứng này khác với hiệu ứng do mưa là nó chỉ gây dịch pha khác nhau chứ không gây ra suy giảm khác. Tuy nhiên đan chéo phân cực do băng gây ra nhỏ và chỉ xem xét khi mà yêu cầu CPD khoảng 25 dB hoặc lớn hơn.  Ảnh hưởng hiệu ứng đa đường: Hiệu ứng này xảy ra khi mà kích thước anten nhỏ dẫn đến độ rộng đồ thị phương hướng lớn nên nó có khả năng bắt được các tín hiệu ngoài tín hiệu thu trong tầm nhìn thẳng. Các tín hiệu này là do phản xạ từ mặt đất cũng như các chướng ngại vật khác. Trong trường hợp các tín hiệu thu được ngược pha nhau thì nó sẽ gây ra suy hao đáng kể. 2.2. Một số phương pháp tính nhiễu: 2.2.1. Phương pháp tính nhiễu giữa các hệ thống thông tin vệ tinh địa tĩnh: Đường truyền của hệ thống thông tin vệ tinh gồm đường lên và đường xuống, tín hiệu từ các hệ thống khác có thể gây nhiễu cho đầu thu trên vệ tinh (của đường lên) và đầu thu tại trạm mặt đất (của đường xuống). Việc xác định mức nhiễu dựa trên việc tính TT / theo công ước quốc tế, mức ngưỡng 6% được sử dụng có nghĩa là khi %6/  TT thì mức nhiễu đó có thể chấp nhận được mà không cần phải phối hợp giải quyết loại bỏ. - Phương pháp tính TT / : Vệ tinh thông tin cần hai tần số, một cho đường lên và một cho đường xuống, cho nên các tần số thường đi theo từng cặp nhiễu giữa các hệ thống thông tin vệ tinh xảy ra hai trường hợp: Trường hợp 1: Hai hệ thống cùng sử dụng một băng tần trong cùng một 38 hướng (lên hoặc xuống). Trường hợp 2: Hai hệ thống cùng sử dụng một băng tần theo hai hướng ngược nhau (một lên, một xuống). Một số vấn đề cần thiết liên quan đến việc tính toán nhiễu bao gồm:  Các thông số của các hệ thống  Nhiệt độ tạp âm tương đương và hệ số tăng ích đường truyền.  Các giá trị thu được của nhiệt độ tạp âm tương đương (T) và hệ số tăng ích truyền dẫn. Các thông số của các hệ thống Việc tính toán phải dựa trên các tham số đặc trưng của hệ thống. Để đơn giản và thuận lợi cho việc áp dụng, các thông số được quy ước như sau: R - mạng vệ tinh bị nhiễu S - vệ tinh của R A - đường truyền của R R' - mạng vệ tinh gây nhiễu S' - vệ tinh của R' A' - đường truyền của R' Các chỉ số: a, b, c thuộc về mạng R a', b' c' thuộc về mạng R' Các thông số: T - nhiệt độ tạp âm tương đương của đường truyền vệ tinh, tính tại đầu ra anten thu của trạm mặt đất (đơn vị tính o K). Ts - nhiệt độ tạp âm hệ thống thu của vệ tinh, tính tại đầu ra anten thu của vệ tinh (đơn vị tính o K). Te - nhiệt độ tạp âm thu của trạm mặt đất, tính tại đầu ra anten thu của trạm mặt đất (đơn vị tính o K). T - nhiệt độ tạp âm tương đương các đường truyền tăng lên do các mạng vệ tinh khác gây ra, tính tại đầu ra của anten thu trạm mặt đất (đơn vị tính o K). Ts - lượng gia tăng của nhiệt độ tạp âm thu do vệ tinh khác gây ra tính tại 39 đầu thu của anten vệ tinh (đơn vị tính o K). Te - lượng gia tăng của nhiệt độ tạp âm thu của trạm mặt đất do nhiễu gây ra tính tại đầu ra anten thu của trạm mặt đất (đơn vị tính o K). Ps - mật độ công suất tối đa trên 1Hz đưa tới anten của vệ tinh (đơn vị tính W/Hz). sG - độ tăng ích của anten phát vệ tinh.  a - hướng từ vệ tinh S tới trạm thu mặt đất eR của đường truyền A.  e - hướng từ vệ tinh S tới trạm thu mặt đất e'R của đường truyền A'. s - hướng từ vệ tinh S tới vệ tinh S ’ Pe - mật độ công suất tối đa trên 1 Hz đưa ra anten của trạm mặt đất phát (tính trên băng 4 KHz xấu nhất cho trường hợp sóng mang dưới 15 GHz hoặc trên 1 MHz cho sóng mang trên 15 GHz). g2( ) - độ tăng ích anten thu của vệ tinh S theo hướng   A - hướng từ vệ tinh S tới trạm phát mặt đất ET của đường truyền A  e - hướng từ vệ tinh S tới trạm phát mặt đất E'T của đường truyền A'  s - hướng vệ tinh S tới vệ tinh S' g1( ) - hệ số tăng ích anten phát của trạm mặt đất ET theo hướng vệ tinh S' g4( ) - hệ số tăng ích anten thu trạm mặt đất ER theo hướng tới vệ tinh S'  - góc phân cách giữa hai vệ tinh nhìn từ trạm mặt đất (có tính đến độ sai lệch quỹ đạo của hai vệ tinh) K - hằng số Bolztman Ld - tổn hao trong không gian trên đường xuống tính cho đường truyền A Ln - tổn hao trong không gian trên đường lên tính cho đường truyền A Ls - tổn hao trong không gian tính trên đường truyền giữa hai vệ tinh  - độ tăng ích phát của một đường truyền vệ tinh tính từ đầu ra anten thu của vệ tinh đến đầu ra anten thu trạm mặt đất ER. Tính nhiệt độ tạp âm tương đương và hệ số tăng ích đường truyền Đối với đường truyền cụ thể cần phải xác định: 40  Giá trị thấp nhất của nhiệt độ tạp âm tương đương của đường truyền và hệ số tăng ích truyền dẫn tương ứng.  Giá trị của hệ số tăng ích truyền dẫn và nhiệt độ tạp âm tương đương của đường truyền tương ứng trong trường hợp mà hệ số giữa độ tăng ích truyền đến và nhiệt độ tạp âm tương đương là cao nhất. Nhiệt độ tạp âm tương đương của đường truyền vệ tinh (T) và độ tăng ích truyền dẫn ( ) có thể tính theo nhiều cách. Các công thức tính như sau: Cách 1: dAe us LggP LggP    12 413 )( )(    (2.11) Trong đó: g1 và g4 - hệ số tăng ích cực đại của anten thu trạm mặt đất g3( A) - độ tăng ích của anten phát vệ tinh trên hướng  A g2( A) - độ tăng ích của anten thu vệ tinh trên hướng  A Ld - tổn hao trong không gian trên đường xuống tính cho đường truyền Lu - tổn hao trong không gian trên đường lên tính cho đường truyền Cách 2: s e U Do dAs s T T NC NC xLgW gEIRP     )/( )/( )( 4 2 2 4    (2.12) Nhiệt độ tạp âm tương đương của đường truyền được tính theo công thức: e to Do T NC NCT  )/( )/( (2.13) Trong đó: (C/No)U - tỷ số sóng mang trên tạp âm của đường truyền lên bao gồm cả tạp âm nhiệt và các tạp âm khác. (C/No)D - tỷ số sóng mang trên tạp âm của đường truyền xuống bao gồm cả tạp âm nhiệt và các tạp âm khác. (C/No)t - tỷ số sóng mang trên tạp âm tổng của toàn tuyến. EIRSs – EIRP bão hòa của vệ tinh (W)  - độ dài bước sóng của tần số Ws - mật độ công suất bão hòa trên vệ tinh (W/m2) 41 Te - nhiệt độ tạp âm của trạm mặt đất. Các giá trị thu được của nhiệt độ tạp âm tương đương (T) và hệ số tăng ích truyền dẫn ( ) Nhiệt độ tạp âm tương đương của đường truyền (T) thấp nhất và ( ) tương ứng Tmin có thể tính như sau: ase TTTT  minmin  (2.14) Trong đó: Ta - tạp âm bên trong thiết bị  min - độ tăng ích truyền dẫn nhận được với EIRP bão hòa của vệ tinh tại biên của vùng phủ sóng Nhiệt tạp âm tương đương (T) của đường truyền và độ tăng ích truyền dẫn ( ) tương ứng với tỷ số  /T cao nhất. Giá trị của ( ) và (T) tương ứng trong các trường hợp mà hệ số là  /T cao nhất có thể xác định được bằng cách lấy cực đại của công thức sau: ase TTTT     (2.15) Công thức này đạt giá trị cực đại khi ( ) cực đại, có nghĩa là nó được tính ở đỉnh beam của anten. g minmax  g - độ tăng ích của anten phát chêch lệch giữa đỉnh beam và biên của beam. Nhiệt độ tạp âm tương ứng là: ase TgTTT  min (2.16) Tính nhiễu cho trường hợp hai hệ thống sử dụng một băng tần trong cùng một hướng (lên hoặc xuống) Trường hợp 1 Để tính mức nhiễu giữa hai hệ thống thì phải tính độ gia tăng của nhiệt độ tạp âm tương đương của đường truyền do phát xạ nhiễu gây ra. Để đơn giản hóa việc tính toán, giả định các tổn hao truyền dẫn cơ bản trên hướng từ vũ trụ đến trái đất đang được khảo sát. Tương tự, các tổn hao truyền dẫn cơ bản trên hướng từ trái đất đến vệ tinh cũng như nhau. 42 Với mỗi một trong hai hướng thì các tổn hao được tính với điều kiện là khoảng cách từ trạm mặt đất đến vệ tinh và từ vệ tinh đến mặt đất lấy theo mạng R' và tần số trung tâm của dải tần chung giữa hai mạng. Các giả định trên là chấp nhận được trong trường hợp vệ tinh địa tĩnh bởi vì sự khác nhau trong các tổn hao giữa các khoảng cách ngắn nhất và xa nhất là 1,5db. Các tham số sT và eT được tính theo công thức: H ele s KL ggP T )()( '2 ''   (2.17) d es e KL ggP T )()( 2 ' 3 '   es TTT   d es H ee KL ggP KL ggP T )()()()( 4 ' 3 '' 2 ' 1 '    Hình 2.2: Mô tả ảnh hưởng nhiễu giữa hai mạng thông tin vệ tinh sử dụng một băng tần trong cùng một hướng Trong trường hợp mà sự dịch tần số (giữa đường lên và đường xuống) của   dl u tg P )(1 Ag  ( )(2 ig  )(3 ig  S’ S P’ 43 hai mạng khác nhau thì đường giả định đường truyền A' của mạng R' ảnh hưởng đến đường truyền A của mạng R thì khi đó: d ee U e KL ggP KL ggP T )()()()( 4 ' 3 '' 3 ' 2 ' 1 '    (2.18) Tương tự lượng gia tăng 'T của mạng R' do mạng R gây ra có thể tính theo công thức: H ee s KL ggP T )()( '21' '   (2.19) d et e KL ggP T )()( '433 '   (2.20) Khi hai mạng vệ tinh có cùng độ dịch tần thì: d ae u ee KL ggP KL ggPT )(')'()(')('' 3321   (2.21) Khi hai mạng vệ tinh không có cùng độ dịch tần thì: d aes u ee KL ggP KL ggDT )(')'()(')(' 321   (2.22) Đối với hai vệ tinh đa truy nhập thì các tính toán phải tính cho mỗi đường truyền của vệ tinh này tương quan với tất cả các đường truyền của vệ tinh kia. Trường hợp hai hệ thống chỉ chung băng tần ở đường lên thì: ETT  Trường hợp 2 hệ thống chỉ chung băng tần ở đường xuống thì: sTT  . Tính nhiễu trong trường hợp hai hệ thống sử dụng cùng một băng tần theo hai hướng ngược nhau (một lên một xuống) Trường hợp 2 Trong trường hợp này thì: sl ss s LK ggPT )'()('' 233  (2.23) Lượng gia tăng nhiệt được tính: sTT  . (2.24) - Phương pháp chuẩn hóa nhiệt độ tạp âm tương đương của đường truyền vệ tinh Phương pháp tính T/T giới thiệu ở phần trên dựa trên các thông số tổng quát của các hệ thống thông tin vệ tinh, cách tính đơn giản, nhanh chóng cho kết quả. 44 Thông thường các nước sử dụng phương pháp này khi có số liệu của các hệ thống mà các nước cung cấp theo mẫu bản khai API của ITU (bản khai đăng ký sơ bộ khi các nước tiến hành đăng ký vị trí quỹ đạo cho vệ tinh địa tĩnh). Tuy nhiên, phương pháp này có độ chính xác không cao do chưa xét đến mối tương quan giữa các sóng mang có tính chất chống nhiễu khác nhau và có khả năng gây nhiễu tới mạng khác cũng khác nhau, nên để có được kết quả chính xác hơn thì người ta sử dụng phương pháp chuẩn hóa nhiệt độ tạp âm tương đương của đường truyền vệ tinh. - Các giá trị chuẩn hóa lượng gia tăng nhiệt độ tạp âm tương đương của đường truyền vệ tinh Phương pháp này nhằm xác định độ gia tăng của nhiệt độ tạp âm đường truyền theo các dạng khác nhau của truyền dẫn trong hai mạng. Hình 2.3: Hai hệ thống sử dụng cùng một băng tần theo hai hướng ngược nhau. Giá trị chuẩn hóa của lượng gia tăng nhiệt tạp âm được tính theo công thức: 2BN I T T oN        (2.25) ag ul sl S )(1 as  )(0 as  S’ 45 Trong đó: No - mật độ tạp âm nhiệt ứng với nhiệt độ tạp âm tương đương với đường truyền vệ tinh. I/No - tỷ số công suất nhiễu trên mật độ tạp âm nhiệt của sóng mang bị nhiễu. B2 - băng tần được xác định bởi tỷ số công suất sóng mang nhiễu trên mật độ công suất tối đa 'mP : 2' /' BPPm  (2.26) Việc tính toán (T/T)N sẽ căn cứ trên từng loại sóng mang trong số các loại sóng mang sau đây:  FDM - FM  SCPC - FM  Digital SCPC (SCPC - DIG)  Sóng mang số băng rộng (DIG - BB)  Tivi FM (FM - TV) Đối với các trường hợp khác, có thể không tính được hệ số ( ) khi mà bộ phát đáp có chức năng xử lý tín hiệu số, ở đây đường lên và đường xuống cần phải được tính riêng rẽ. Các giá trị TScq và TEcq là các nhiệt độ tạp âm tương đương của đường lên và đường xuống và các tỷ số Ts/TScq và Te/TEcq là các thông số cần xác định. Để giảm khối lượng tính toán, các dạng sóng mang được nhóm lại theo các nhóm mà trong đó các sóng mang có các tham số tương tự nhau và có cùng mức độ ảnh hưởng đến kết quả tính ( T/T)N. Các loại sóng mang có thể tổng kết được 50 loại gồm:  20 loại sóng mang loại FDM - FM, khác nhau bởi số lượng kênh và băng thông ấn định.  Các sóng mang SCPC - FM được phân biệt bởi băng thông ấn định.  15 sóng mang loại sóng mang số băng rộng (DIG - BB) phân biệt bởi tốc độ bit, dạng mã hóa và số trạng thái.  Các sóng mang SCPC số, phân biệt bởi tốc độ bit, dạng mã hóa và số trạng thái. 46  Các sóng mang FM - TV, phân biệt bởi băng thông ấn định và mật độ năng lượng. Bảng 2.1: Phân loại các sóng mang D¹ng sãng mang Sè MHzBoc 3 1-5 MHzBMHz oc 73  6-11 MHzBMHz oc 157  12-16 FDM - FM MHzBoc 15 17-22 MHzBoc 3 33-35 MHzBMHz oc 73  36-37 MHzBMHz oc 157  38 Wide band digital MHzBoc 15 39-45 PSK 28-32 SCPC CFM 23-27 MHzf 7 46-49 FM - TV MHzf 7 50 Ghi chú: Boc - băng tần chiếm dụng f - sai lệch tần số Để đơn giản việc trình bày bảng các giá trị ngưỡng cho các sóng mang thì 50 loại sóng mang được chia thành các nhóm như trong bảng 2.1 Các giá trị T/T tương ứng mỗi cặp của sóng mang nhiễu và sóng mang bị nhiễu được đưa ra trong Bảng 2.2. - Các thông số được sử dụng để tính I/No và (T/T)N Các thông số bao gồm: Bo - độ rộng băng tần của tín hiệu cần thu (Hz) B1 - độ rộng băng tần của tín hiệu nhiễu (Hz) I/No - tỷ số công suất sóng mang nhiễu trên mật độ công suất tạp âm nhiệt C/No - tỷ số công suất sóng mang cần thu trên mật độ công suất tạp âm nhiệt C/I - tỷ số công suất sóng mang cần thu trên sóng mang nhiễu 47 B2 - độ rộng băng xác định theo tỷ số công suất nhiễu P' trên mật độ phổ công suất cực đại P''m P'm = P'/Bo  - phần tín hiệu nhiễu thu được sau bộ lọc No - mật độ công suất tạp âm nhiệt tương ứng với nhiệt độ tạp âm tương đương của đường truyền. N - công suất tạp âm N = No. Bo Giá trị quy chuẩn của lượng gia tăng nhiệt độ tạp âm đường truyền tương đương. 2 1 BNT T oN        (2.27) Bảng 2.2: Các giá trị ngưỡng tương ứng với các cặp sóng mang nhiễu và bị nhiễu Sãng mang nhiÔu FDM - FM Wide band digital SCPC FM - TV Sãng mang bÞ nhiÔu Boc (MHz) 15 15 PSK CFM(2) 7f 7f <3 13 12 12 11 8 10 10 8 9 1.223 11 11 3-7 23 14 12 12 11 10 10 8 29 4.350 11 13 7-15 40 20 14 12 17 10 10 8 56 8.458 12 19 FDM- FM(3) >15 102 46 24 14 40 19 11 8 148 22.257 23 45 <3 15 10 9 9 9 9 9 9 21 3.085 9 9 3-7 49 21 12 9 19 9 9 9 71 10.712 11 21 7-15 100 14 21 11 39 17 9 9 146 21.853 22 44 Wide band digital (4) >15 176 77 38 15 69 31 15 9 257 38.565 39 77 PSK(4) 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 2 2 SCPC CFM(3) 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 21 36 7f 73 32 16 6 29 13 6 2 107 16.046 16 12 FM-TV 7f 23 10 5 2 9 4 2 4 64 5.098 5 10 - Các tiêu chuẩn nhiễu Với các tín hiệu FDM - FM analog, nhiệt độ tạp âm tương đương phải đáp ứng yêu cầu về công suất tạp âm trong một kênh thoại là 7000p Wop cho hệ thống có tái sử dụng tần số và 6500p Wop cho hệ thống không tái sử dụng tần số (theo Recommendation 466 và 356). Đối với tín hiệu số, nhiệt độ tạp âm tương đương phải nhỏ hơn mức 70% (hệ 48 thống có tái sử dụng tần số) và 65% (hệ thống không tái sử dụng tần số) của tổng công suất tạp âm gây ra lỗi bít với hệ số là 10-6 (REC 523 và 558). Với tín hiệu TV/FM thì áp dụng tiêu chuẩn trong REC 483 mà theo đó kể cả nhiễu từ các đường truyền vô tuyến mặt đất thì mức tạp âm video là 5%. Với tín hiệu SCPC - FM thì nhiễu từ một tín hiệu không phải là TV - FM giả định là 600pWop trong một kênh với mức nhiệt tạp âm là 7000pWop cho hệ thống có tái sử dụng tần số và 6500pWop cho hệ thống không tái sử dụng tần số. Chú ý rằng, khi bề rộng phổ tín hiệu gây nhiễu lớn hơn tín hiệu nhiễu thì cần phải tính nhiễu từ tất cả sóng mang của mạng gây nhiễu ở trong băng thông của sóng mang bị nhiễu. - Trường hợp các sóng mang cần thu là FDM - FM Ở mức công suất khảo sát 1mW, mức nhiễu ở tín hiệu băng gốc được tính bằng (pWop) theo công thức: I CBN p log105,87log10  (2.28) I C f ffDbP fo log103 log20),(log10log105,87    Trong đó: B - hệ số giảm nhiễu b - băng thông của kênh thoại f - sai lệch r.m.s theo tone của tín hiệu cần thu (Hz) fm - tần số đỉnh tín hiệu băng gốc sóng mang cần thu có ghép kênh (Hz) D(f, fo) - thành phần kết hợp giữa phổ của tín hiệu nhiễu và bị nhiễu fo - phân cách giữa các tần số sóng mang bị nhiễu và sóng mang nhiễu f - tần số trung tâm của kênh đã chọn, đặt trong băng gốc của tín hiệu cần thu (Hz) dbffPp m )/(log10 Nhiệt độ tạp âm sau giải điều chế được tính theo công thức: 49 ffbNCPN oth /log20log10/log105,87log10  (2.29) Trong đó: No = KT mật độ công suất tạp âm trên đường truyền cần thu K - hằng số Boltzman T - nhiệt độ tạp âm tương đương của đường truyền vệ tinh Do đó: dbffD N I N N o oth p ),(log103log10log10  (2.30) 2 ),( o oth p ffD N I N N  Tiêu chuẩn nêu trong Recommendation 466 ứng với Np = 800p Wop, với một mức Nth bằng 7000 hay 6500p Wop tướng ứng với hệ thống có tái sử dụng tần số hay không có tái sử dụng tần số. Ví dụ với mức 7000p Wop áp dụng cho hệ thống có tái sử dụng tần số: Suy ra: ),( 2286,0 ),( 2143,0 ooo ffDffDN I  (2.31) 2 1 ),( 2286,0 BffDT T oN        - Trường hợp các sóng mang cần thu là SCPC - FM  Nhiễu từ một sóng mang FM - TV Trong trường hợp này thì ngưỡng oNIIC /log3log25,13/log10   phải được áp dụng (Recommendation 671) Do đó: 2,065,1 3,0 10  I N C C I N C N I ooo  (2.32) Với 2 2,065,1 3,0 1 10 B I N C T T oN         fB f Bo    2& f - khoảng cách tần số đỉnh tới đích của tín hiệu TV (Hz) I - phần trăm của tạp âm tổng trước điều chế trong nhiễu giữa các hệ thống Ví dụ: Nhiệt tạp âm được tính theo: 50 fNCN oth log20/log107,188log10  (2.33) f - độ di dịch r.m.s trong tín hiệu cần thu SCPC - FM (Hz) Sau biến đổi và thay số vào ta có: 2 9,1410 foN C    Nhiễu từ một sóng mang không phải là FM-TV Tất cả tín hiệu khác có phổ rộng hơn nhiều so với tín hiệu thu SCPC nên: th p N N N T T        (2.34) Trong đó: Np = 800p Wop mức ngưỡng nhiễu cho phép Nth = 6500p Wop hoặc 7000p Wop tùy theo hệ thống - Trường hợp sóng mang cần thu là SCPC số  Nhiễu từ một sóng mang FM-TV Trong trường hợp này thì ngưỡng )10/log(3log25,13/log10 IIC   phải được áp dụng (Recommendation 671) 3,044,1 8,0 10  I N N C I N C N I ooo  (2.35) Với: 2 3,044,1 8,0 10 B BI T T o N         fB f B    2 0 & f - khoảng cách tần số đỉnh tới đỉnh của tín hiệu TV (Hz) I - phần trăm của tạp âm tổng số trước điều chế trong nhiễu giữa các hệ thống Ví dụ: C/No được tính theo công thức: u oo D N E N C  (2.36) Trong đó: E - công suất trên bít Du - tỷ lệ bít hữu ích No - mật độ công suất tạp âm  Nhiễu từ một sóng mang không phải là FM - TV Tất cả các tín hiệu nhiễu khác có phổ rộng hơn nhiều so với tín hiệu cần thu (SCPC) nên với hệ thống có tái sử dụng tần số thì: 51 %57,8 7,0 06,0        NT T (2.37) - Trường hợp sóng mang số băng rộng (DIG-BB): Recommendation 523 đưa ra tiêu chuẩn %57,870/6/ thNI (cho hệ thống có tái sử dụng tần số)  Nhiễu từ một sóng mang số Nếu Bo > B1 1 thì oo tho th tho BB N I N N N I N I 0857,0 và B2 = B1 (2.38) Do đó: 12 0857,00857,0 B B B B T T oo N        Nếu Bo < B1 1B Bo thì 10857,0 B I N N N I N I o th tho    và B2 = B1 Ta có: 1 2 1 0857,00857,0 B B BBI N N N I N I o o th tho     Nhiễu từ một sóng mang analog Nếu Bo > B1 1 Thì: o o th tho B N N N I N I 0857,0 (2.39) Và 2 0857,0 B B T T o N        Nếu Bo < B1 thì   o o th tho BI N N N I N I 0857,0 và 2 0857,0 B B T T o N         - Trường hợp các sóng mang cần thu là FM - TV Trong trường hợp này ngưỡng là x I C   log10 , db với x có thể thay đổi. Tuy nhiên theo bảng 2.1 thì giá trị x được ấn định là 35db, do đó: ooo N CI N C I C N I   5,310 (2.40) Nếu Bo > B1 1 thì 2 5,310 B II N C T T oN        Nếu Bo < B1 thì: 2 5,310 B II N C T T oN         52 Trong bảng 2.1, theo Recommendation, mức S/N cần thiết là 35 db để chỉ số không quá 20% trong tổng số nhiễu từ bên ngoài thì điều kiện sau đây phải được thỏa mãn. db N S th 54 cho 99% thời gian Tỷ số nhiễu trên tạp âm của tín hiệu video TV sau giải điều chế được tính: QPFm Fm Fr N C N S oth    3 log10log20log10log10 1 (2.41) Trong đó: F - sai lệch tần số tại tần số thấp của tín hiệu FM - TV Fm - tần số cực đại của tín hiệu FM - TV ở băng gốc (Hz) 2.2.2. Phương pháp tính nhiễu của các hệ thống thông tin vệ tinh phi địa tĩnh tới hệ thống thông tin vệ tinh địa tĩnh: Giới thiệu: Theo bảng phân bổ tần số thì các hệ thống thông tin vệ tinh địa tĩnh (GSO) có thể dùng chung tần số với hệ thống thông tin vệ tinh phi địa tĩnh (non-GSO) ở hai nghiệp vụ. Cố định qua vệ tinh (FSS - Fixed Stellite Service) Di động qua vệ tinh (MSS - Mobile Stellite Service) Tuy vậy, các hệ thống vệ tinh Non-GSO cung cấp dịch vụ FSS chưa nhiều và việc tính toán nhiễu giữa các hệ thống vệ tinh GSO và Non-GSO cung cấp dịch vụ có thể làm tương tự như giữa các hệ thống vệ tinh GSO. Với một số chú ý đến các đặc tính quỹ đạo của các vệ tinh Non-GSO. Các hệ thống Non-GSO cung cấp dịch vụ MSS được phát triển và xây dựng với quy mô toàn cầu. Trên thế giới cũng đã có một số hệ thống vệ tinh GSO cung cấp dịch vụ MSS. Do vậy, ở đây nhiễu từ hệ thống Non-GSO tới hệ thống GSO khi chúng có cùng băng tần và cung cấp dịch vụ MSS sẽ được xem xét tính toán. - Các khả năng nhiễu từ hệ thống phi địa tĩnh Non-GSO tới hệ thống địa tĩnh GSO  Mặc dù các thiết bị mặt đất di động của hệ thống Non-GSO (MET) nói chung sẽ hoạt động ở công suất thấp hơn GSO-MET, nhiễu từ một số lớn 53 các Non-GSO (MET) khi mà những Non-GSO (MET) này nằm trong vùng phủ sóng của 650 có thể ảnh hưởng tới vệ tinh 650.  Một vệ tinh GSO có thể cùng một lúc "nhìn thấy" nhiều vệ tinh Non- GSO trong beam chính hay búp sóng phụ của nó. Nếu vệ tinh Non-GSO có tần số theo hướng từ vệ tinh tới trạm di động mặt đất trùng với tần số di động tới vệ tinh của hệ thống GSO thì có thể xảy ra tình huống beam phát của Non-GSO và beam thu của GSO chiếu vào nhau và tín hiệu phát từ vệ tinh Non-GSO có thể gây nhiễu đến đầu thu trên vệ tinh GSO. Nếu hệ thống Non-GSO sử dụng cùng băng tần với hệ thống GSO trong đường truyền từ vệ tinh tới di động thì có thể xảy ra nhiễu từ vệ tinh Non-GSO tới vệ tinh GSO-MET và từ Non-GSO MET tới GSO-MET. - Các thông số cần thiết cho tính toán Hướng từ vệ tinh mặt đất minD - góc phân cách giữa vệ tinh Non-GSO đang hoạt động trong tầm nhìn thấp tới trạm mặt đất của hệ thống thông tin vệ tinh GSO. maxDNCSOPDF - mật độ công suất cực đại toàn bề mặt trái đất của mỗi vệ tinh Non-GSO trong chùm vệ tinh (dBW/m3 - Hz). ND - số lượng vệ tinh Non-GSO lớn nhất phát sóng xuống vùng phủ sóng. Hướng từ mặt đất lên vệ tinh minN - góc phân cách giữa vệ tinh GSO và Non-GSO trong tầm nhìn thấy của trạm mặt đất của hệ thống vệ tinh Non-GSO. maxNGSOEIRP - mật độ eirp cực đại trên hướng, ứng với góc minN của trạm phát mặt đất của hệ thống vệ tinh Non-GSO (dBW/m3 - Hz). NN - số lượng trạm phát có cùng tần số với vệ tinh GSO của hệ thống Non- GSO trong vùng phủ sóng của một beam thu của vệ tinh GSO. Các thông số của trạm mặt đất maxESGSOG  - độ tăng ích cực đại của trạm thu mặt đất ở hướng, ứng với góc minD . ESGSOT  - nhiệt độ tạp âm thu của đường xuống của hệ thống GSO 54 Độ nhạy của vệ tinh thông tin maxSSGSOG  - độ tăng ích cực đại của anten vệ tinh GSO SSGSOT  - nhiệt độ tạp âm thu của hệ thống GSO trên đường lên - Các bước tính nhiễu vào hệ thống GSO trên đường xuống Bước 1: Tính mật độ công suất nhiễu cực đại từ một vệ tinh Non-GSO tại đầu ra anten thu trạm mặt đất GSO.           4 log10 2 maxmax EESGSONGSODoFS GPEDI (2.42) Bước 2: Tính mật độ tạp âm No tại đầu ra anten thu của trạm mặt đất. ESGSOESo TKN   . (2.43) K - hằng số Boltzman Bước 3: Tính tỷ lệ DTT / của nhiệt tạp âm hệ thống thu trên đường xuống.       10 /10 ESoESon D NIN T T (2.44) - Các bước tính nhiễu vào hệ thống GSO trên đường lên Bước 1: Tính mật độ thông lượng công suất của trạm phát mặt đất Non-GSO tại vệ tinh GSO. )4log(10 2maxmax hEIRPPED ENGSOEGSONn  (2.45) Trong đó: h - độ cao của vệ tinh GSO tính từ bề mặt trái đất (h = 35.786) Bước 2: Tính mật độ công suất nhiễu (IO-SS) tại đầu ra anten thu vệ tinh.           4 log10 2 maxmax ESSGSOENGSOnSSO GPEDI (2.46) Trong đó:  - bước sóng tần số công tác Bước 3: Tính mật độ công suất tạp âm No tại đầu ra của anten thu vệ tinh. SSGSOSSO TKN   . (2.47), trong đó: K- hằng số Boltzman Bước 4: Tính tỷ số uTT /       10 /10 SSOSSOo u NIN T T (2.48) 55 2.2.3. Tính nhiễu giữa hệ thống vô tuyến mặt đất với hệ thống GSO: Giới thiệu: Nhiễu giữa hệ thống vô tuyến mặt đất với hệ thống vệ tinh GSO có thể xảy ra hai trường hợp: Đường thông tin vô tuyến mặt đất (viba) có cùng tần số làm việc với đường lên của vệ tinh và tín hiệu vi ba mặt đất trộn với tín hiệu ở đầu vào thu trên vệ tinh. Đường thông tin vô tuyến mặt đất có cùng tần số làm việc với đường xuống của vệ tinh và đầu vào thu của trạm mặt đất bị nhiễu tín hiệu của hệ thống vi ba. Để bảo vệ trạm trái đất của hệ thống thông tin vệ tinh địa tĩnh không bị nhiễu do hệ thống mạng vô tuyến mặt đất gây ra, đồng thời không để hệ thống vệ tinh gây nhiễu đến mạng vô tuyến mặt đất thì cần phải xem xét các vần đề sau: Khi trạm mặt đất của hệ thống thông tin vệ tinh dùng chung băng tần với hệ thống vô tuyến mặt đất thì có thể xảy ra nhiễu giữa hai hệ thống. Để tránh nhiễu cần phải phối hợp giữa mạng vô tuyến điện mặt đất và trạm mặt đất của hệ thống thông tin vệ tinh. Việc phối hợp này sẽ được thực hiện trong một vùng bao quanh trạm mặt đất với khoảng cách mà ở đó nhiễu giữa hai hệ thống có thể bỏ qua. Vùng giới hạn phối hợp có thể bị mở rộng sang tới lãnh thổ thuộc cơ quan quản lý khác. Nhiễu giữa các hệ thống sẽ phụ thuộc vào các thông số sau: công suất phát, phương thức điều chế, hệ số tăng ích anten, mức nhiễu cho phép ở đầu thu, tổn hao sóng vô tuyến,... Từ các vấn đề nêu trên, việc xác định vùng phối hợp cho trạm trái đất để xác định vị trí các trạm vô tuyến mặt đất là cần thiết, đảm bảo nhiễu giữa hai hệ thống là không đáng kể, có thể bỏ qua. Đối với các trạm nằm trong vùng phối hợp mà trong đó các hệ thống có thể gây nhiễu lẫn nhau thì phải tiến hành phối hợp chi tiết để giảm nhiễu ảnh hưởng lẫn nhau. Một phương pháp để xác định vùng phối hợp quanh trạm mặt đất trong hệ thống thông tin vệ tinh địa tĩnh có tần số trong khoảng từ 1 - 60 GHz với hệ thống vô tuyến mặt đất đã được xây dựng và áp dụng trong thực tế. Phương pháp này áp dụng cho các băng tần mà các dịch vụ vệ tinh truyền dẫn theo cùng một hướng. Các trạm mặt đất của hệ thống thông tin vệ tinh và các trạm vô tuyến mặt đất 56 dùng chung băng tần có thể xảy ra nhiễu giữa hai hệ thống. Cường độ nhiễu phụ thuộc vào tổn hao truyền lan trên đường dẫn truyền tín hiệu. Đường truyền này phụ thuộc vào các thông số như: độ dài, địa lý, hướng anten, điều kiện khí hậu và độ sẵn sàng của đường truyền. Phương pháp được giới thiệu ở đây sẽ được xác định trong tất cả các hướng thu phát của trạm mặt đất, khoảng cách tổn hao truyền dẫn sẽ vượt quá một giá trị xác định trong một giá trị xác định của phần trăm về thời gian. Vùng phối hợp sẽ có được nhờ vào việc xác định khoảng cách phối hợp trong tất cả các hướng và vẽ lên bản đồ khi tiến hành xác định vùng phối hợp, ta chia thành hai trường hợp sau: - Trạm mặt đất phát và khả năng gây nhiễu tới mạng mặt đất - Trạm mặt đất thu và khả năng bị nhiễu do hệ thống vô tuyến mặt đất gây ra. Nếu trạm mặt đất thu/phát nhiều loại sóng mang thì thông số của trạm sẽ được lấy để tính cho trường hợp có khoảng cách phối hợp lớn nhất với mỗi búp sóng của anten và tần số dùng chung với mạng vô tuyến mặt đất. - Các khái niệm về tổn hao truyền dẫn cho phép tối thiểu Việc xác định khoảng cách phối hợp dựa trên sự phụ thuộc tuyến tính theo khoảng cách tổn hao của tín hiệu nhiễu. Lượng tiêu hao cần thiết giữa một trạm phát gây nhiễu và một trạm thu bị nhiễu được xác định bằng "tổn hao truyền dẫn cho phép tối thiểu P% của thời gian" và được tính theo công thức: dbPPL PRTP )()(  (2.49) Trong đó: PT - công suất phát tối đa trong băng tần dùng chung tại đầu vào của anten trạm phát PR(P) - mức ngưỡng nhiễu của một phát xạ nhiễu không vượt quá P% của thời gian tại đầu thu của anten trạm bị nhiễu. PT và PR(P) - được tính với cùng một băng thông LP và PR(P) - được tính cùng P% về thời gian Cần phải phân biệt hai chế độ khác nhau về tổn hao của một sóng mang nhiễu. 57 Tổn hao do tầng đối lưu - gọi là chế độ 1. Tổn hao do tán xạ hơi nước - gọi là chế độ 2. Định nghĩa về tổn hao truyền dẫn cơ sở tối thiểu cho phép Trong trường hợp chế độ tổn hao 1 thì tổn hao truyền dẫn được xác định từ các tham số bao gồm: Tổn hao truyền dẫn cơ sở tối thiểu cho phép. Độ tăng ích anten hiệu dụng cả hai đầu của một hướng truyền nhiễu. Tổn hao truyền dẫn cơ sở tối thiểu cho phép được tính theo công thức: )()( PRRTTPb PGGPL  (2.50) Trong đó: Lb(P) - Tổn hao truyền dẫn tối thiểu cho phép với P% thời gian. GT - Độ tăng ích anten phát của trạm gây nhiễu (dB) GR - Độ tăng ích anten thu của trạm bị nhiễu (dB) Nếu trạm bị nhiễu là trạm mặt đất thì độ tăng ích này tính ở đường chân trời với một góc phương vị xác định. Nếu trạm bị nhiễu là trạm vô tuyến mặt đất thì độ tăng ích lấy bằng độ tăng ích cực đại. - Các tham số liên quan đến việc tính toán nhiễu  Mức ngưỡng của nhiễu với một phát xạ nhiễu Mức ngưỡng của nhiễu với một phát xạ nhiễu (dBw) trong băng tần dùng chung sẽ không vượt quá P% thời gian tại đầu thu của anten trạm bị nhiễu sẽ được tính như sau (cho mỗi nguồn nhiễu): )()110log(10)log(10 10/)( dbwWNBKTP MS LEPR  (2.51) Trong đó: K - Hằng số Boltzman TE - Nhiệt độ tạp âm anten NL - Tạp âm đường truyền B - Băng thông của hệ thống bị nhiễu (có tín hiệu nhiễu của phát xạ nhiễu) P - Phần trăm thời gian mà nhiễu từ một nguồn có thể vượt quá giá trị ngưỡng 58 nPP o / Po - % thời gian mà nhiễu từ tất cả các nguồn có thể vượt mức ngưỡng n - Số lượng tương đương của nguồn nhiễu w - Hệ số quy đổi của lượng tạp âm nhiệt do tín hiệu nhiễu gây ra cho trạm bị nhiễu + Các đường "contour" phụ Đường contour phối hợp được xác định dựa trên các giả định về khả năng có thể xảy ra nhiễu là các trường hợp xấu nhất Trong thực tế, những trường hợp này ít xảy ra và để hiệu quả ta vẽ thêm các đường contour phụ ứng với mức 5, 10, 15, 20 dB của tổn hao truyền dẫn yêu cầu cho tới khoảng cách phối hợp tối thiểu 100 km. Các đường này sẽ được sử dụng cho các trường hợp cụ thể theo thỏa thuận của hai bên. - Xác định khoảng cách phối hợp cho chế độ tổn hao 1 Các vùng khí hậu vô tuyến Trong tính toán khoảng cách phối hợp cho chế độ tổn hao 1 thì thế giới được chia thành bốn vùng khí hậu vô tuyến. Vùng A1: Vùng bờ biển (bên cạnh vùng B và C sẽ được định nghĩa ở phần sau) có độ cao so với mực nước biển nhỏ hơn 100 m và giới hạn ở khoảng cách xa nhất là 50 km từ vùng B và C trong các trường hợp cụ thể. Vùng A2: Tất cả các vùng trừ vùng A1. Vùng B: Các biển đại dương "lạnh" và các vùng "large bodies of in land water" ở vĩ độ trên 30o trừ Địa Trung Hải và Biển đen. Vùng C: Các biển và đại dương "ấm" - Phương pháp tính khoảng cách phối hợp với chế độ 1 Khoảng cách phối hợp với chế độ 1 (tính theo km) là khoảng cách ứng với tổn hao truyền dẫn cơ sở cho phép Lb(P)(dB). )()( 42 PReTPb PGGPL  (dB) (2.52) PT và PN(P) được nêu trong mục trước Ge - Chênh lệch giữa độ tăng ích của anten trạm mặt đất (dB) ứng với đường 59 chân trời và góc phương vị trên hướng đang xét. Chênh lệch giữa độ tăng ích cực đại của anten giả định cho trạm mặt đất (terestrial) với giá trị 42dB. 1)(1 ALL Pb  (dB) (2.53) Với: AhPPfA  5,01 5loglog20120 (dB) Trong đó: f - tần số công tác (GHz) Ah - góc số cho góc ngẩng tại đường chân trời của trạm mặt đất với cách lấy giá trị như sau:   )(5,41log20 33,05,0 dBffAh   với o0 (2.54) Ah = 8,0dB với 5,00 o và Ah = -4dB với o5,0 Chú ý: giá trị cực đại của Ah là 30 dB Khi có L1 khoảng cách yêu cầu có thể xác định theo công thức    n i Pi dL 1 1)(1  (dB) (2.55) Với i = 1 ... n ứng với các vùng khí hậu vô tuyến A1, A2, B & C đã được định nghĩa ở trên. di - Tổn hao tổng trên hướng i vzoPdzPi   )()( 01,0 )(Pdz - hệ số tổn hao vượt P% thời gian vì những hiện tượng bất thường 4321)( log CCfCC PPdz  dB/km Các giá trị C1, C2, C3 và C4 trong 4 vùng khí hậu được nêu trong bảng 2.3 o - Tổn hao do ôxy              3222 3 10. 50,1)57( 81,4 227,0 09,610.19,7 f ffo  dB/km với f < 57 GHz )57(5,1)57(  foo  dB/km với 6057  f GHz )57(o - Giá trị của o tại tần số 57 GHz 42 222 10.3,26)4,325( 9,8 0,9)3,183( 6,10 5,8)2,22( 360021,0050,0              pf fffvz  60 với f < 350 GHz Giá trị của vz phụ thuộc vào vùng khí hậu và được tính toán với giá trị  (g/m3) ở trong Bảng 2.3 Bảng 2.3: Giá trị của vz phụ thuộc vào vùng khí hậu Vïng C1 C2 C3 C4 P(g/m 3) A1 0,03 0,03 0,15 0,2 10,0 A2 0,04 0,05 0,16 0,1 7,5 B 0,015 0,015 0,05 0,15 10,0 C 0 0,015 0,04 0,15 10,0 Công thức    n i Pi dbdL 1 1)(1  cho phép tìm khoảng cách phối hợp bằng cách sử dụng giá trị di cho khoảng cách trên mỗi hướng. Tính iPi d)( và sau đó tăng dần giá trị cho đến khi tổng lớn hơn L1:    n i Pi Ld 1 11)( (dB) Bảng 2.4: Giá trị d ứng với các vùng Vïng d1(km) A1 500 A2 350 B 900 C 1200 Do đó, có thể xác định: km dL d n iPi n            )(1 (2.56) Khoảng cách phối hợp chế độ 1 là:            1 1 1 1 1 1  L dd d n i n (2.57) km với n > 1 km với n = 1 61 Chú ý: d1 không vượt quá giá trị cực đại tương ứng với các vùng như đã cho trong Bảng 2.4. - Xác định khoảng cách phối hợp cho chế độ tổn hao 2 Khoảng cách phối hợp cho chế độ tổn hao 2 là khoảng cách ứng với tổn hao cho phép L2 khi nó bằng tổn hao tối thiểu cho phép Lp. LP = PT - PR(P) (dB) (2.58) Bảng 2.5: Giá trị ngưỡng L(P) Vïng khÝ hËu TÇn sè (GHz) A, B C, D, E F, G, H, J, K L, M N, P, Q 1 152 148 144 141 136 4 140 136 132 129 125 6 138 134 130 127 124 8 136 132 129 126 124 10 135 131 129 127 126 12 134 131 129 127 126 14 135 132 130 128 127 18 138 136 134 132 131 20 144 142 140 139 137 22,4 153 151 149 148 146 25 149 147 145 144 142 28 147 145 143 141 139 30 147 145 143 141 140 35 151 149 147 145 143 40 - 60 157 155 153 151 149 Như đã nêu trong phần 2.3.2 khoảng cách phối hợp tối thiểu là 100km, nói chung trong các trường hợp nhiễu chế độ tổn hao 2 thì khoảng cách này đảm bảo cho trạm mặt đất không bị nhiễu, còn trong các trường hợp cụ thể thì chỉ cần đánh giá mức nhiễu ở trong khoảng cách này. Tuy nhiên, cũng có một số trường hợp khi xảy ra sự kết hợp giữa mức công suất nhiễu cao và mức công suất nhiễu cho phép thấp ở trạm mặt đất thì cần có những bổ sung để bảo vệ trạm mặt đất khỏi bị nhiễu trong chế độ tổn hao 2. 62 Vì vậy, khi tổn hao truyền dẫn yêu cầu L(P) vượt quá giá trị ngưỡng nêu trong Bảng 2.5 thì chúng ta cần phải tính toán chi tiết theo từng băng tần vì điều kiện khí hậu của nơi đặt trạm mặt đất là khác nhau. Việc tính toán chi tiết tương đối phức tạp và có thể tham khảo ở APS9 và REC 847 của ITU. Qua nội dung trình bày trong chương này, cho ta thấy việc tính toán đánh giá mức nhiễu của hệ thống thông tin vệ tinh địa tĩnh là hết sức phức tạp. Vì quãng đường truyền lan sóng là rất lớn nên tác động của nhiễu và tạp âm ảnh hưởng nhiều đến chất lượng tín hiệu thu. Từ đó cho thấy cần đầu tư nghiên cứu nhiều hơn nữa về tạp âm, nhiễu. Tuy vậy, các phương pháp tác giả lựa chọn ở đây đã được công nhận và được áp dụng rộng rãi trong các hệ thống thông tin vệ tinh trên thế giới. 63 Chương 3 NHIỄU TRONG THÔNG TIN VỆ TINH CÁC KẾT QUẢ ĐO VÀ GIẢI PHÁP HẠN CHẾ NHIỄU 3.1. Các nguồn nhiễu: - Nhiễu sóng mang lân cận - Nhiễu vệ tinh lân cận - Nhiễu do chính hệ thống của khách hàng - Nhiễu xuyên phân cực - Các loại nhiễu khác Hình 3.1: Tỷ lệ phần trăm các nguyên nhân gây nhiễu. Nguyên nhân gây nhiễu: - Lỗi do con người: 29,41% - Lỗi do thiết bị: 52,94% - Hệ thống vệ tinh lân cận: 15,69% Hệ thống lân cận Loại khác Do con người Thiết bị 29,41% 52,94% 15,69% 1,96% 64 - Các loại nhiễu khác: 1,96% (theo thống kê một số nhà khai thác vệ tinh lân cận) 3.2. Các loại nhiễu: - Nhiễu tín hiệu FM - Nhiễu xuyên phân cực - Nhiễu sóng mang số, sóng mang sạch - Tăng nền tạp âm - Nhiễu xuyên điều chế - Nhiễu tín hiệu TDMA - Nhiễu TV/FM và FM - Nhiễu không xác định - Nhiễu vệ tinh lân cận 3.2.1. Nhiễu tín hiệu FM: Hình 3.2: Phổ nhiễu tín hiệu FM. 65 Hình 3.3: Nhiễu tín hiệu FM. - Nguyên nhân:  Các đầu nối giữa thiết bị trung tần và thiết bị cao tần không đảm bảo vì vậy các tín hiệu FM quảng bá thâm nhập vào hệ thống và được phát lên vệ tinh  Các cáp nối giữa phần trung tần và cao tần là loại có chất lượng kém  Hệ thống đất không đảm bảo chỉ tiêu kỹ thuật Tín hiệu trung tần Bộ đảo tần lên (U/C) Bộ khuếch đại công suất (HPA) Tín hiệu FM: 88 MHz đến 108 MHz Tín hiệu đài phát thanh FM Phần cao tần (RF) FM: 88 MHz đến 108 MHz Phần trung tần (IF) 66 - Cách xác định nơi thu nhận nhiễu:  Tắt các thiết bị cao tần như: Bộ đảo tần lên, bộ khuếch đại công suất, bộ thu phát  Tắt các thiết bị trung tần như: Modem, bộ điều chế có thể xác định được nguồn nhiễu. - Biện pháp hạn chế, khắc phục nhiễu FM:  Lựa chọn các cáp nối, đầu nối đúng chủng loại, đạt yêu cầu kỹ thuật như hướng dẫn trong tài liệu, đồng thời các phụ kiện này cũng phải đảm bảo chất lượng  Trạm mặt đất phải được lắp đặt đúng chuẩn  Kiểm tra hệ thống đất có đảm bảo, thiết bị đã được đấu đất đầy đủ chưa  Phối hợp với Đài điều hành khai thác mạng (NOC) để thực hiện đo, kiểm tra các sóng mang. 3.2.2. Nhiễu xuyên phân cực: Hình 3.4: Nhiễu xuyên phân cực. 67 - Mô tả:  Nếu độ cách ly phân cực phân cực của anten phát không tốt (nhỏ hơn 30 dB), anten này có thể phát đồng thời tín hiệu phân cực ngang và phân cực đứng ở cùng một thời điểm và cũng thu tín hiệu ở 2 phân cực. Vì vậy nhiễu phân cực sẽ xuất hiện ở vệ tinh lân cận và gây nhiễu đến sóng mang ở vệ tinh đó. Hình 3.5: Phổ nhiễu xuyên phân cực. - Nguyên nhân gây nhiễu xuyên phân cực:  Căn chỉnh anten không tốt  Độ cách ly phân cực không tốt  Bị lệch hướng anten và phân cực khi làm việc  Các nguyên nhân này thường do điều kiện thời tiết: mưa, gió, bão...  Không thực hiện kiểm tra truy nhập của trạm mặt đất (UAT) trước khi phát sóng mang. - Giải pháp hạn chế nhiễu xuyên phân cực:  Không phát sóng mang khi trạm mặt đất chưa được UAT.  Khi chưa có chỉ dẫn của NOC, không phát sóng mang sạch.  Thực hiện việc bảo dưỡng định kỳ trạm mặt đất. X POL 68 3.2.3. Nhiễu sóng mang số, sóng mang sạch và sóng mang TV/FM: - Nguyên nhân:  Khách hàng phát sai tần số  Phát trái phép sóng mang  Phát sóng mang CW trước khi gọi NOC  Lỗi thiết bị. - Giải pháp hạn chế, khắc phục:  Kiểm tra chính xác tần số trước khi phát sóng mang lên vệ tinh  Khi chưa có chỉ dẫn của NOC, không phát sóng mang sạch  Thực hiện đầy đủ thủ tục đo, kiểm tra truy nhập của trạm mặt đất (UAT)  Khi khách hàng muốn phát sóng mang mới phải trao đổi trước với NOC  Thực hiện bảo dưỡng định kỳ. Sóng mang số Sóng mang sạch Sóng mang bị nhiễu 69 Hình 3.6: Phổ nhiễu sóng mang số, sóng mang sạch và sóng mang TV/FM. 3.2.4. Nhiễu xuyên điều chế: - Mô tả:  Nếu có từ 2 sóng mang trở lên, phát trên một bộ khuếch đại công suất (TWTA, SSPA) thì sẽ gây ra nhiễu xuyên điều chế.  Các sản phẩm nhiễu xuyên điều chế được tạo ra từ các sóng mang có các tần số khác nhau.  Mức công suất của các sản phẩm nhiễu xuyên điều chế phụ thuộc vào công suất của các sóng mang và sự tuyến tính của bộ TWTA hoặc SSPA  Nhiễu xuyên điều chế có thể xuất hiện tại trạm mặt đất hoặc trên vệ tinh. Hình 3.7: Phổ nhiễu xuyên điều chế (1). TV/FM - tín hiệu tương tự Sóng mang bị nhiễu 70 Hình 3.8: Nhiễu xuyên điều chế. - Nguyên nhân:  Mức công suất phát của mỗi sóng mang quá lớn  Tăng mức công suất phát không tính đến nhiễu xuyên điều chế  Tự ý tăng mức công suất phát mà không báo cho NOC Hình 3.9: Phổ nhiễu xuyên điều chế (2). Nhiễu xuyên điều chế xuất hiện khi tăng công suất sóng mang Nhiễu xuyên điều chế được loại bỏ khi giảm công suất sóng mang Sóng mang đơn Tín hiệu tần số f1 hoặc f2 Sản phẩm nhiễu xuyên điều chế: (2f1-f2) hoặc (2f2-f1) Công suất đầu vào tín hiệu cao tần liên quan đến sóng mang đơn bão hòa bộ phát đáp (dB) C ôn g su ất đ ầu r a tí n hi ệu c ao t ần li ên q ua n đế n só ng m an g đơ n bã o hò a bộ p há t đá p (d B ) 71 - Ảnh hưởng của nhiễu xuyên điều chế đến các sóng mang:  Làm giảm mức Eb/No của sóng mang làm việc ở cùng tần số  Làm tăng nền nhiễu ở một vài dải tần  Công suất phát trạm mặt đất hiện thời phải tăng lên hơn mức bình thường. Vì vậy khi tăng thêm các sóng mang phải thay bộ khuếch đại công suất mới có công suất lớn hơn. - Giải pháp hạn chế, khắc phục nhiễu xuyên điều chế:  Kiểm tra tính toán đường truyền của trạm mặt đất phát từ 2 sóng mang trở lên trước khi làm việc với vệ tinh.  Mức IBO của HPA hoặc bộ thu phát Transceiver phải được nhà quản lý vệ tinh ấn định và thông báo đến khách hàng.  Không tăng công suất phát khi chưa trao đổi với NOC  Không làm việc với công suất lớn hơn mức được sử dụng  Khi có thêm các sóng mang mới, phải tính toán lại đường truyền để đảm bảo công suất thiết bị hiện có là đủ lớn.  Giá trị OBO của bộ khuếch đại công suất trạm mặt đất thường được lấy như sau: SSPA TWTA Số sóng mang OBO (dB) Số sóng mang OBO (dB) 1 2 1 3 ≥ 2 5 ≥ 2 7  Phân bổ công suất và băng tần vệ tinh: Ví dụ: Bộ phát đáp 36 MHz, EIRP= 41.5 dBW. Phát các sóng mang giống nhau trên 1 bộ phát đáp (các sóng mang có tốc độ, kiểu điều, mã hóa... giống nhau). 72 - Khi phát 1 sóng mang trên cả bộ phát đáp: Sóng mang 36 MHz IBO = 0 dB OBO = 0 dB Công suất bức xạ đẳng hướng tương đương trên bộ phát đáp ứng với một sóng mang là: EIRP = 41,5 dBW. - Khi phát 2 sóng mang trên một bộ phát đáp: Mỗi sóng mang 18 MHz OBO tổng của bộ phát đáp là 3,5 dB Tổng công suất bức xạ đẳng hướng tương đương của bộ phát đáp khi phát 2 sóng mang là: EIRPt = 41,5 – 3,5 = 38 dBW. Công suất bức xạ đẳng hướng tương đương trên bộ phát đáp cho 1 sóng mang 18MHz là: EIRPsm = 38 - 3 = 35 dBW. - Khi phát n sóng mang trên cả bộ phát đáp: Mỗi sóng mang 36/n MHz OBO tổng của bộ phát đáp = 4 dB 1 BPĐ (36 MHz), 1 sóng mang EIRP= 41,5 dBW. 1 BPĐ (36 MHz) EIRPt = 38 dBW (2 Carriers) 1/2 BPĐ, 18 MHz 35 dBW 1/2 BPĐ, 18 MHz 35 dBW 73 Tổng công suất bức xạ đẳng hướng tương đương của bộ phát đáp khi phát 2 sóng mang là: EIRPt = 41,5 – 4 = 37,5 dBW. Công suất bức xạ đẳng hướng tương đương trên bộ phát đáp cho 1 sóng mang 36/n MHz là: EIRPsm = 37,5 - 10 log (n) dBW,  Tính công suất bộ khuếch đại công suất của trạm mặt đất: Giả sử trạm mặt đất tại Hà Nội: anten 9m, hiệu suất anten 65%, HPA loại TWTA, phát bão hòa cả bộ phát đáp 36 MHz, tần số phát 6,489 GHz. Bộ phát đáp có mật độ thông lượng bão hòa SFD = -90.5 dBW/m2. Khi đó mật độ thông lượng tương ứng với sóng mang là: ɸsm = SFD – IBO dB = -90.5 dBW/m2 Vì khi phát 1 sóng mang trên cả bộ phát đáp thì độ lùi đầu vào bộ phát đáp IBO= 0 dB. Công suất bức xạ đẳng hướng tương đương của sóng mang 36 MHz tại trạm mặt đất là: EIRPes = ɸsm + FSL + Labs - G1 (dBW/m2) Trong đó FSL là suy hao trong không gian tự do, FSL= 199.93 dB tại tần số 6,489 GHz Labs là suy hao khí quyển, Labs = 0,3 dB G1 là hệ số khuếch đại của 1 đơn vị diện tích anten, G1=37 dBi/m2 -> EIRPsm = -90,5 + 199,93 + 0,3 – 37= 72.73 dBW 1 BPĐ (36 MHz) EIRPt = 37,5 dBW (8 Carriers) 1/8 BPĐ 36,5 dBW 1/8 BPĐ 28,5 dBW 1/8 BPĐ 28,5 dBW 1/8 BPĐ 28,5 dBW 1/8 BPĐ 28,5 dBW 1/8 BPĐ 28,5 dBW 1/8 BPĐ 28,5 dBW 1/8 BPĐ 28,5 dBW 74 Công suất phát trạm mặt đất là: Psm = EIRPsm – Ges Trong đó Ges là hệ số khuếch đại anten 9 m của trạm mặt đất phát, Ges= 53,86 dBi -> Psm = 72.73 – 53,86 --> Psm = 18,87 dBW Với bộ khuếch đại công suất HPA TWTA, giá trị OBO= 3 dB. Khi đó công suất của HPA là: Pes = Pes sm + OBO = 18.87 + 3 =21.887 dBW= 154 W. 3.2.5. Nhiễu vệ tinh lân cận: Có hai loại nhiễu vệ tinh lân cận: Nhiễu hướng phát và nhiễu hướng thu a. Nhiễu hướng phát: - Nguyên nhân (1):  Anten phát căn chỉnh hướng đến vệ tinh không tốt. Hình 3.10: Nhiễu vệ tinh lân cận (1). A B Trạm phát hệ thống A Nhiễu đến các trạm ở hệ thống B Trạm thu hệ thống B Trạm thu hệ thống A 75 - Biện pháp hạn chế, khắc phục (1): Hình 3.10: Nhiễu vệ tinh lân cận (1).  Thực hiện đo, kiểm tra truy nhập trạm mặt đất (UAT) đúng chỉ dẫn để đảm bảo trạm mặt đất hướng tốt nhất đến vệ tinh. Hình 3.11: Nhiễu vệ tinh lân cận (2). A B Trạm phát hệ thống A Không còn nhiễu đến các trạm ở hệ thống B Trạm thu hệ thống A Trạm thu hệ thống B A B Nhiễu đến các trạm ở hệ thống B Trạm phát hệ thống A Trạm thu hệ thống B Trạm thu hệ thống B 76 - Nguyên nhân (2):  Anten không đạt yêu cầu kỹ thuật, giản đồ bức xạ của anten không đảm bảo. Công suất búp sóng phụ rất lớn (thường xuất hiện với anten lớn). Hình 3.11: Nhiễu vệ tinh lân cận (2).  Anten không đạt yêu cầu kỹ thuật. Búp sóng chính quá lớn (thường xuất hiện với anten có kích thước nhỏ). Hình 3.11: Nhiễu vệ tinh lân cận (2). -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 θ (độ) G iả n đồ b ứ c xạ (d B n) Hệ số khuếch đại anten 29-25lg(θ) A B Trạm phát hệ thống A Trạm thu hệ thống A Trạm thu hệ thống B Nhiễu đến các trạm ở hệ thống B 77 - Biện phát hạn chế, khắc phục (2):  Kiểm tra kỹ thông số kỹ thuật của Anten. Sử dụng anten có kích thước như khuyến nghị. b. Nhiễu hướng thu: - Nguyên nhân (1):  Anten thu quá nhỏ, giản đồ bức xạ anten không đảm bảo chất lượng. - Biện pháp hạn chế, khắc phục (1):  Sử dụng anten có kích thước đủ lớn. Hình 3.12: Nhiễu vệ tinh lân cận hướng thu (1). - Nguyên nhân (2):  Anten được căn chỉnh hướng đến vệ tinh không tốt.  Anten sẽ phát và thu ở cùng 1 thời điểm.  Khi anten không được căn chỉnh tốt sẽ bị nhiễu và gây nhiễu cho vệ tinh lân cận. A 78 Hình 3.13: Nhiễu vệ tinh lân cận hướng thu (2). Hình 3.14: Nhiễu vệ tinh lân cận hướng thu (3). A B A B 36dBW 40dBW 79 - Biện phát hạn chế, khắc phục (2):  Thực hiện việc đo, kiểm tra truy nhập trạm (UAT) đúng chỉ dẫn.  Thực hiện bảo dưỡng định kỳ trạm mặt đất. - Nguyên nhân (3):  Ở những vùng trùng đường đẳng mức của EIRP từ vệ tinh lân cận - Biện pháp hạn chế, khắc phục (3):  Thực hiện tính toán đường truyền, sử dụng công suất phát theo khuyến nghị.  Thực hiện UAT, dùng anten kích thước đúng khuyến nghị. 80 KẾT LUẬN Luận văn đã nghiên cứu 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, 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. Nội dung của luận văn gắn liền với thực tế, với kết quả này có thể được dùng làm cơ sở hỗ trợ cho các cán bộ tại Đài diều hành khai thác vệ tinh (NOC), cũng như các cán bộ kỹ thuật vận hành khai thác các trạm mặt đất có thể dễ dàng hình dung tổng thể các loại nhiễu, là cơ sở để kịp thời đưa ra hướng xử lý giải quyết. Các vấn đề được nêu ra trong luận văn mới dừng lại ở mức độ xử lý khi đã có nhiễu xảy ra. Thông qua quá trình thực hiện luận văn, trong thời gian tới, tác giả sẽ tiếp tục nghiên cứu một số khía cạnh như: Tính toán chi tiết mức độ ảnh hưởng của các loại nhiễu từ đó đưa ra các chuẩn để phòng ngừa nhiễu, tránh gây ảnh hưởng, bị ảnh hưởng của nhiễu trong cùng hệ thống, giữa các hệ thống để làm cơ sở phục vụ cho công tác đàm phán tần số với các nhà khai thác vệ tinh lân cận. 81 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt 1. Nguyễn Đình Lương và Phạm Văn Đương (2007), Công nghệ thông tin vệ tinh, Nhà xuất bản Khoa học Kỹ thuật. Tiếng Anh 2. Bruce R. Elbert (2004), The Satellite Communication Applications Handbook Second Edition, Artech House, Inc.Boston London. 3. Michael O. Kolawole (2002), Satellite Communication Engineering, Jolade Pty. Ltd.Melbourne, Australia. 4. Abramson, Norman (1990), VSAT Data Networks, IEEE. 5. Dennis Roddy (2001), Satellite Communications, Mac Graw-Hill. 6. Regis J. Bates (2000), Broadband Telecommunications Handbook, McGraw- Hill.