Loại trừ ảnh hưởng của mưa đối với vệ tinh băng tần Ka

Tính toán suy hao do mưa và sự hấp thụ do các khí trong khí quyển có trong các Khuyến nghị, Báo cáo của ITU dưới đây:

Trên cơ sở các khuyến nghị của ITU nêu trên, suy hao do mưa được tính theo công thức:

Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của mưa trong Khuyến nghị ITU-R BO1659-1

Suy hao do mưa ở các nước thuộc khu vực Châu Âu chỉ bằng một nửa khu vực Châu Á (suy hao do mưa ở băng tần Ka ở Châu Âu chỉ tương đương suy hao do mưa ở băng tần Ku ở khu vực Châu Á). Đây là một lợi thế để vệ tinh băng tần Ka được phát triển mạnh ở Châu Âu, cũng như ở nhưng nơi lượng mưa thấp.

Kết quả nghiên cứu trên cho thấy, suy hao do mưa phụ thuộc lớn vào phần trăm thời gian, tốc độ mưa, ngoài ra còn phụ thuộc vào vị trí đài trái đất.

Loại trừ ảnh hưởng của thời tiết tại địa điểm đặt thiết bị đầu cuối

Những ảnh hưởng của thời tiết tại địa điểm đặt thiết bị đầu cuối lớn hơn đáng kể so với các địa điểm đặt gateway, bởi thực tế chất lượng tuyến đi (forward link) bị chi phối bởi các thiết bị đầu cuối đường xuống và chất lượng tuyến về (reverse link) bị chi phối bởi các thiết bị đầu cuối đường lên, do tại các gateway, anten có đường kính rất lớn, nhưng tại các thiết bị đầu cuối anten nhỏ hơn nhiều.

Vị trí đặt các gateway có thể được lựa chọn để tránh các khu vực có điều kiện thời tiết không thuận lợi, trong khi đó các thiết bị đầu cuối cần phải ở trong khu vực có thể sử dụng được dịch vụ (trong vùng phủ sóng). Có thể áp dụng những phương pháp khác nhau để giảm thiểu ảnh hưởng của thời tiết đối với thiết bị đầu cuối.

Đối với trường hợp mưa dẫn tới hiện tượng suy giảm tín hiệu đột ngột (fading) trong thời gian ngắn khoảng vài giây, có thể được loại trừ bằng các giao thức mạng khác nhau để truyền lại dữ liệu bị mất hoặc để bù đắp cho việc thiếu thông tin. Chẳng hạn, ứng dụng video có thể giảm thiểu thiệt hại do fading ngắn hạn nhờ bộ đệm dữ liệu, tức là cho phép dữ liệu trong bộ đệm được truyền đi, trong khi chờ đợi dữ liệu bị mất được gửi lại. Các ứng dụng thời gian thực như thoại hoặc video conferencing, nếu có fading ngắn hạn, phải chấp nhận một số “mất mát” dữ liệu, nhưng cũng có thể khắc phục bằng việc lựa chọn chính xác các giao thức lớp truyền tải. Trường hợp cần thiết, các giao thức lớp thấp có thể được sử dụng để giảm thiểu fading ngắn hạn.

Đối với, fading dài hạn kéo dài trong vài giây đến vài phút, đòi hỏi phải có các biện pháp giảm thiểu tích cực hơn để duy trì chất lượng dịch vụ. Các kỹ thuật giảm thiểu fading cho vệ tinh dung lượng lớn (High Throughput Satellite - HTS) gồm: Điều khiển công suất thích ứng và điều chế thích nghi.

Điều khiển công suất thích ứng chủ yếu áp dụng cho các tuyến về (reverse link). Thiết bị đầu cuối tăng công suất phát để bù cho suy hao ở đường lên (uplink). Thực tế điều khiển công suất đường lên của tuyến về bị giới hạn ở phạm vi điều chỉnh một vài dB, bởi bộ khuếch đại công suất được thiết kế trong các thiết bị đầu cuối được tối ưu hóa cho việc triển khai HTS; hơn nữa, Luật quốc tế về vô tuyến quy định các điều kiện phối hợp tần số có thể hạn chế việc điều chỉnh công suất.

Đối với tuyến đi việc điều khiển công suất để bù đắp cho việc suy hao do mưa của thiết bị đầu cuối là không thực tế, do thông tin truyền từ gateway qua vệ tinh đến nhiều thiết bị đầu cuối. Vì ảnh hưởng thời tiết ở đường lên lớn hơn ở đường xuống, nên điều khiển công suất đường lên hữu ích cho việc giảm thiểu fading, ngay cả khi việc giảm này chỉ khoảng 3 dB.

Điều chế thích nghi đóng một vai trò quan trọng trong việc bù fading do mưa. Đây là phương pháp điều chế có thể tự động thay đổi kiểu điều chế và mã sửa sai FEC cho một tuyến thông tin (MODCOD) để bù cho fading do mưa và sự thay đổi trong môi trường vô tuyến, như thay đổi các mức công suất, can nhiễu, …).

Kỹ thuật giảm thiểu ảnh hưởng thời tiết tại các vị trí của gateway

Nếu fading lớn xảy ra tại trạm gateway sẽ tác động tới toàn bộ các thiết bị đầu cuối được phục vụ bởi gateway này, do vậy ảnh hưởng là rất lớn.

Để giảm thiểu tác động này, phương pháp tốt nhất là qui hoạch mạng. Trong kiến ​​trúc HTS, gateway có thể được đặt ở bên ngoài búp sóng phục vụ các thiết bị đầu cuối. Điều này rất hữu ích, tạo ra sự linh hoạt trong việc xác định vị trí đặt gateway ở các khu vực mà không xẩy ra hoặc khó xẩy ra fading lớn. Mỗi gateway được tùy chỉnh để đáp ứng yêu cầu của các vị trí đã được lựa chọn. Cụ thể, kích thước của ăng ten tại gateway sẽ được tùy chỉnh theo vị trí đặt phù hợp với các điều kiện tại khu vực đó .

Ngoài ra, cũng có thể triển khai các gateway dự phòng tại các địa điểm riêng khác với gateway chính để phục vụ cùng các thiết bị đầu cuối. Nếu điều kiện thời tiết ảnh hưởng tới khu vực đặt gateway chính, thì gateway dự phòng sẽ được sử dụng để thay thế. Trong trường hợp ảnh hưởng của thời tiết gây ra fading tại cả gateway chính và dự phòng, thì có thể sử dụng điều khiển công suất và điều chế thích ứng để bù công suất và làm giảm thiểu ảnh hưởng của fading như phần trên.

Tình trạng mưa tại Việt Nam

Theo một số tài liệu được công bố, tổng lượng mưa trung bình năm ở Việt Nam vào khoảng 700-5000mm, phổ biến nằm trong khoảng 1400-2400mm. Nhiều nơi có lượng mưa nhiều nằm ngoài phạm vi phổ biến, như: Sa Pa, Bắc Quang, Kỳ Anh, Nam  Đông, Trà My, Ba Tơ và Bảo Lộc; các nơi mưa có Ayunpa, Phan Thiết, Tuy Hòa, Nha Trang..v.v. Nói chung phân bố không gian của lượng mưa trong năm khá phức tạp, liên quan nhiều đến chế độ hoàn lưu và điều kiện địa hình, trong đó vai trò của hệ thống núi lớn đặc biệt quan trọng. Biến động của lượng mưa cũng rất khác nhau, thường những nơi mưa ít thì mức độ biến động mạnh hơn.

Trong năm lượng mưa phân bố không đồng đều giữa các tháng. Từ tháng 1 đến tháng 3 trên cả nước lượng mưa đều dưới 80 mm/tháng; sang tháng 4 lượng mưa tăng lên và đạt xấp xỉ 100 mm/tháng;tháng 5 lượng mưa phổ biến trên cả nước vượt 100mm, trừ một vài nơi ở phía Nam của Bắc Trung Bộ và Nam Trung Bộ. Tháng 6 lượng mưa phổ biến 200 - 400mm ở Tây Bắc, 150 - 300mm ở Việt Bắc, Đông Bắc, đồng bằng Bắc Bộ, 100 - 200mm ở Bắc Trung Bộ;…

Với công thức tính suy hao do mưa ở trên, có thể tính được suy hao do mưa ở các thành phố của Việt Nam như sau:

Kết luận

Suy hao do mưa ở băng tần Ka lớn gần gấp đôi suy hao do mưa ở băng tần Ku. Đối với dịch vụ vệ tinh băng tần Ka phải chấp nhận mức độ sẵn sàng thấp hơn vệ tinh băng tần Ku và C (suy hao do mưa với mức độ sẵn sàng 99.99% gấp đôi suy hao so mưa ở mức độ sẵn sàng 99.95%). Để khắc phục vấn đề này có thể sử dụng công nghệ điều chế mã hóa mới ACM (tiêu chuẩn công nghệ DVB-S2). Đối với các trạm gateway có thể sử dụng nhiều trạm hơn (trạm dự phòng) đặt ở nhiều khu vực khác nhau, khi đó nếu mưa ở một trạm gateway thì có thể chuyển sang gateway dự phòng mà ở đó không mưa, như vậy sẽ loại trừ, giảm thiểu được ảnh hưởng của mưa.

Ở Việt Nam lượng mưa lớn, thay đổi theo tháng và theo khu vực, trên cơ cở lượng mưa của các vùng trong toàn quốc có thể lựa chọn vùng ít mưa nhất để đặt trạm gateway. Tuy nhiên, việc đặt trạm gateway còn phải căn cứ vào một số yếu tố khác như nhân lực của trạm, điều kiện giao thông khu vực đặt trạm,… Do đó, ở Việt Nam hai khu vực phù hợp nhất để đặt gateway là ngoại thành Hà Nội và khu vực lân cận Thành phố Hồ Chí Minh.