Ước lượng kênh truyền tin vô tuyến trên biển.pdf

1. 0
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ
ĐẶNG XUÂN TUẤN LONG
ƯỚC LƯỢNG KÊNH TRUYỀN TIN VÔ
TUYẾN TRÊN BIỂN
LUẬN VĂN THẠC SỸ
NGÀNH CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG
Hà Nội – 2014

2. 1
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ
ĐẶNG XUÂN TUẤN LONG
ƯỚC LƯỢNG KÊNH TRUYỀN TIN VÔ
TUYẾN TRÊN BIỂN
Ngành: Công nghệ Điện tử - Viễn thông
Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử
Mã số ngành: 60.52.02.03
LUẬN VĂN THẠC SỸ
NGÀNH CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
PGS.TS.TRẦN ĐỨC TÂN
Hà Nội – 2014

3. 1
LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình học tập lớp Cao học Điện tử Viễn thông, Khóa 1, thuộc trường
Đại học Công nghệ - Đại học Quốc gia Hà Nội liên kết đào tạo với Đại học Khoa học
– Đại học Huế tôi đã hoàn thành bản luận văn này.
Trước hết cho tôi xin gửi lới cảm ơn chân thành tới PGS.TS.Trần Đức Tân,
người thầy đã luôn tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tôi
trong suốt thời gian tôi làm luận văn.
Và xin được cảm ơn các thầy, cô trong Khoa Điện tử Viễn thông - trường Đại
học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội và Khoa Điện tử Viễn thông – trường Đại
học Khoa học, Đại học Huế đã tạo điều kiện giúp đỡ, chỉ bảo và cho tôi những lời
khuyên vô cùng quý báu.
Học viên
Đặng Xuân Tuấn Long

4. 2
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan các kết quả trình bày trong luận văn là do tôi nghiên cứu dưới
sự hướng dẫn của PGS.TS.Trần Đức Tân. Các số liệu kết quả nêu trong luận văn là
trung thực và chưa được công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Hà Nội, ngày 22 tháng 11 năm 2013
Người viết
Đặng Xuân Tuấn Long

5. 3
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN................................................................................................................1
LỜI CAM ĐOAN..........................................................................................................2
MỤC LỤC.....................................................................................................................3
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT...............................................................................5
DANH MỤC BẢNG .....................................................................................................7
DANH MỤC HÌNH VẼ .................................................................................................8
CHƯƠNG 1: TÌM HIỂU TỔNG QUAN MẠNG VÔ TUYẾN ĐIỆN HÀNG HẢI
TRÊN BIỂN VIỆT NAM …….. …………………………………………………...11
1.1.Giới thiệu [7, 8, 11, 12]....................................................................................... ...11
1.1.1. Những yếu tố và đặc tính cơ bản của dịch vụ thông tin vô tuyến điện hàng hải
[8, 11, 12]...................................................................................................................... 11
1.1.1.1. Các quy định chung về ấn định tần số và sử dụng tần số ............................... 11
1.1.1.2. Các loại thông tin trong dịch vụ thông tin lưu động hàng hải ........................ 11
1.1.1.3. Các loại trạm trong dịch vụ lưu động hàng hải............................................... 11
1.1.1.4. Trực canh ........................................................................................................ 11
1.1.1.5. Các quy định thông tin cấp cứu ...................................................................... 12
1.1.1.6. Một số các khái niệm khác.............................................................................. 12
1.1.2. Hệ thống an toàn và cứu nạn hàng hải toàn cầu GMDSS [3, 11]...................... 12
1.1.2.1. Khái niệm tổng quan về GMDSS ................................................................... 12
1.1.2.2. Chức năng của hệ thống GMDSS................................................................... 12
1.1.2.3. Thành phần của GMDSS ................................................................................ 13
1.1.2.4. Phân chia vùng biển trong GMDSS................................................................ 14
1.1.2.5. Hệ thống an toàn và cấp cứu hàng hải toàn cầu GMDSS............................... 15
1.1.2.6. Các hệ thống thông tin trong GMDSS............................................................ 16
1.1.3. Kết luận chương……………………………………………………………… 25
CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT KÊNH TRUYỀN................................................... … 26
2.1. Đặc tính chung của kênh truyền tín hiệu vô tuyến [2].......................................... 26
2.2.Đặc tính của tín hiệu vô tuyến [1, 6, 8].................................................................. 27
2.2.1. Suy hao đường truyền........................................................................................ 27
2.2.2.Bóng mờ và Fading chậm ................................................................................... 28
2.2.3.Ảnh hưởng đa đường và Fading nhanh............................................................... 28
2.2.4. Fading lựa chọn tần số và Fading phẳng ........................................................... 28
2.2.5.Độ trải trễ ............................................................................................................ 29
2.2.6.Độ dịch Doppler:................................................................................................. 29
2.3. Thông số tán xạ thời gian [2, 8]............................................................................ 30
2.4.Nhiễu AWGN [1, 2, 8]........................................................................................... 31
2.5.Nhiễu liên ký tự ISI [1, 2, 8].................................................................................. 31
2.6.Nhiễu liên sóng mang ICI [1, 2, 8] ........................................................................ 32
2.7.Các mô hình kênh cơ bản [1, 2, 3, 8]..................................................................... 32
2.7.1.Kênh theo phân bố Rayleigh............................................................................... 32
2.7.2.Kênh theo phân bố Rice...................................................................................... 33
2.8.1.Lý thuyết về dung lượng kênh số của Shannon.................................................. 34
2.8.2.Thông lượng kênh tương tự có băng tần giới hạn............................................... 35
2.9.Kết luận chương..................................................................................................... 36

6. 4
CHƯƠNG 3: ƯỚC LƯỢNG, MÔ PHỞNG VÀ ĐÁNH GIÁ MỘT SỐ TRƯỜNG
HỢP TRUYỀN SÓNG VÔ TUYẾN PHÙ HỢP VỚI TÌNH HÌNH BIỂN CỦA
VIỆT NAM. ................................................................................................................ 37
3.1. Giới thiệu [14]....................................................................................................... 37
3.2. Đặc điểm truyền sóng vô tuyến trên biển và các phương pháp mô phỏng [10, 11,
14] ................................................................................................................................ 38
3.2.1. Đặc điểm ............................................................................................................ 38
3.2.2. Phương pháp mô phỏng ..................................................................................... 38
3.3. Phương pháp truyền kênh [9, 14].......................................................................... 39
3.3.1. Phương pháp sử dụng phương trình Parabol nhiều bước .................................. 39
3.3.2. Quy trình tiêu chuẩn SSPE ................................................................................ 40
3.3.3. Mô hình địa hình không bằng phẳng - Cách tiếp cận bậc thang........................ 41
3.3.4. Thông số Anten phát.......................................................................................... 41
3.3.5. Thông số độ cao tối đa....................................................................................... 41
3.3.6. Khúc xạ Khí quyển ............................................................................................ 42
3.4.Tiến trình và kết quả mô phỏng ............................................................................. 43
3.5.1. Các trường hợp và kết quả mô phỏng................................................................ 47
3.5.1.1. Trường hợp 1 .................................................................................................. 47
3.5.1.2. Trường hợp 2 .................................................................................................. 48
3.5.1.3. Trường hợp 3 .................................................................................................. 49
3.6. Kết luận chương.................................................................................................... 50
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI................................................. 52
Kết luận........................................................................................................................ 52
Hướng phát triển của đề tài.......................................................................................... 53
Đề xuất kiến nghị......................................................................................................... 53
TÀI LIỆU THAM KHẢO......................................................................................... 55
PHỤ LỤC.................................................................................................................... 57

7. 5
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
TỪ VIẾT TẮT DÃY TỪ TIẾNG ANH DÃY TỪ TIẾNG VIỆT
BC Boundary conditions Điều kiện biên
COSPAS-
SARSAT
Cospas: Cosmicheskaya Sistyema
Poiska Avariynich Suduv (Space
System for the Search of Vessels
in Distress) - Sarsat: Search And
Rescuce Satellite Aided Tracking
Hệ thống Thông tin Vệ tinh
DMFT Discrete mixed Fourier transform Rời rạc hỗn hợp biến đổi Fourier
DSC Digital Selective Calling Gọi có chọn lọc kỹ thuật số
EGC Enhanced Group Call
Dịch vụ gọi chọn nhóm tăng
cường
EPIRB
Emergency Position Indicating
Radio Beacon
Phao vô tuyến chỉ báo vị trí khẩn
cấp, dùng phổ biến trong lĩnh
vực hàng hải
FD Frequency domain Miền tần số
FDTD Finite-Difference Time domain
Miền hữu hạn, sự khác biệt Thời
gian
FFT Fourier transformation Biến đổi Fourier
GMDSS
Global Maritime Distress and
Safety System
Hệ thống cấp cứu và an toàn
hàng hải toàn cầu
GO Geometrical optics Quang hình học
HF Hight Frequency Tần số cao, cao tần
IMD Inter-Modulation Distortion Liên điều chế méo
INMARSAT
International Mobile Satellite
Organization
Tổ chức Vệ tinh di động Quốc tế
LES Land Earth Station Đài Vệ tinh Mặt đất

8. 6
LUT/MCC
Local User Terminal/Mission
Control Centre
Trạm xử lý khu vực
MoM Method of Moment Phương pháp của Moment
MSI Maritime Safety Information Thông báo an toàn hàng hải
NBDP
Narrow-Band Direct-Printing
Telegraphy
Băng hẹp in điện báo trực tiếp
NCS Network Coordination Station Trạm phối hợp mạng
NOC Network Operation Centre Trung tâm điều hành mạng
PEC Perfectly conducting Tiến hành một cách hoàn hảo
PLB Personal Locator Beacon Phao định vị cá nhân
PML Perfectly matched layer Lớp hoàn toàn phù hợp
RCC Rescue Co-ordination Centre
Trung tâm phối hợp tìm kiếm
cứu nạn
RF Radio Frequency Tần số vô tuyến
RT Radio-Telephony Vô tuyến điện
SART
Search and Rescue Radar
Transpondar
Tìm kiếm và cứu hộ bằng radar
SSPE Split-Step Parabolic Equation
Method
Phương pháp sử dụng phương
trình Parabol nhiều bước
TD Time domain Miền thời gian
TLM Transmission-Line Matrix Truyền-Line Matrix
VHF Verry Hight Frequency Tần số rất cao

9. 7
DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1: Trang thiết bị thông tin Vô tuyến điện trên tàu theo GMDSS [3]..............15
Bảng 3.1: Các thông số được giải thích trong cửa sổ mô phỏng Matlab [14].............44

10. 8
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Sơ đồ hệ thống GMDSS [7] ......................................................................... 14
Hình 1.2: Sơ đồ phân chia vùng biển trong GMDSS [7] ............................................. 15
Hình 1.3: Các loại máy bộ đàm liên lạc trên biển [7] .................................................. 17
Hình 1.4: Sơ đồ hệ thống vệ tinh Inmarsat trên không gian [7]................................... 18
Hình 1.5: Sơ đồ hệ thống vệ tinh Inmarsat dưới mặt đất [7]........................................ 19
Hình 1.6: Hệ thống gọi cấp cứu Inmarsat [7]............................................................... 20
Hình 1.7: Các thành phần của hệ thống Copas-SarSat [7]........................................... 20
Hình 1.8: Thiết bị phát tín hiệu cấp cứu của hệ thống Copas-SarSat [7]..................... 21
Hình 1.9: Epirb của hệ thống vệ tinh Copas-SarSat [7] ............................................... 22
Hình 1.10: Hệ thống SART [7] .................................................................................... 22
Hình 1.11: Thiết bị cứu sinh cầm tay VHF [7]............................................................. 23
Hình 1.12: Vệ tinh GPS [7] .......................................................................................... 23
Hình 1.13: Thành phần của hệ thống GPS [7] ............................................................. 24
Hình 1.14: Cơ chế làm việc của GPS [7] ..................................................................... 24
Hình 2.1: Ảnh hưởng của mô trường vô tuyến [8]....................................................... 27
Hình 2.2: Đáp ứng xung được khí quyển truyền 1 xung RF [8] .................................. 28
Hình 2.3: Minh họa fading lựa chọn tần số [8] ............................................................ 29
Hình 2.4: Phân bố xác suất Gauss hai biến [2]............................................................. 31
Hình 2.5: Lỗi dịch tần số gây nhiễu ICI trong hệ thống truyền tín hiệu vô tuyến [8].. 32
Hình 2.6: Phân bố xác suất Rayleigh trong không gian [2] ......................................... 33
Hình 2.7: Hàm mật độ xác suất của phân bố Ricean: k = 
 dB (Rayleigh) và k = 6
dB. Với k >>1, giá trị trung bình của phân bố Ricean xấp xỉ với phân bố Gauss. [2]. 34
Hình 3.1: Bề mặt hình thành độ cao vì dọc khúc xạ biến thể [14]............................... 42
Hình 3.2: Cửa sổ mô phỏng trong Matlab.................................................................... 43

11. 9
Hình 3.3: Địa hình được tạo ra từ các điểm đánh dấu bằng cách sử dụng một kỹ thuật
đường cong vừa văn khối ............................................................................................. 45
Hình 3.4: Sơ đồ của các SSPE chính [14].................................................................... 46
Hình 3.5: Mối quan hệ giữa không gian ngang, lĩnh vực sóng ngang [15].................. 46
Hình 3.6: Mô phỏng trường hợp 1a.............................................................................. 48
Hình 3.7: Mô phỏng trường hợp 1b.............................................................................. 48
Hình 3.8: Mô phỏng trường hợp 2a.............................................................................. 49
Hình 3.9: Mô phỏng trường hợp 2b.............................................................................. 49
Hình 3.10: Mô phỏng trường hợp 3a............................................................................ 50
Hình 3.11: Mô phỏng trường hợp 3b............................................................................ 50

12. 10
MỞ ĐẦU
Việt Nam là một trong năm nước trên thế giới chịu ảnh hưởng lớn nhất của sự
biến đổi khí hậu toàn cầu. Do vậy, trong những năm gần đây, thiên tai đã xảy ra trên
địa bàn cả nước với nhiều diễn biến bất thường, cực đoan, mức độ nghiêm trọng và
khó dự báo. Việc tổ chức kiểm tra, kiểm soát thường xuyên, định kỳ và đột xuất trên
các tần số an toàn, cứu nạn để phát hiện và xử lý kịp thời nhiễu có hại, đảm bảo an
toàn cho hệ thống thông tin vô tuyến điện trên biển là công việc rất cấp thiết.
Vì vậy, việc nghiên cứu, khảo sát và mô phỏng bằng phần mềm trước khi triển
khai là việc không thể thiếu. Với sự hỗ trợ của công cụ máy tính đã có rất nhiều phần
mềm giúp cho việc tính toán mô phỏng thuận lợi, cung cấp cho chúng ta một phương
pháp cho độ chính xác cao hơn khi sử dụng mô hình lý thuyết và chi phí thấp hơn
nhiều khi khảo sát thực tế, qua đó giúp cho việc triển khai được hiệu quả nhất. Nội
dung của luận văn này là mô phỏng một số trường hợp truyền sóng vô tuyến điện trên
biển thực tế bằng phần mềm mô phỏng Matlab.
Luận văn bao gồm các chương:
Chương 1: Tìm hiểu tổng quan mạng vô tuyến điện hàng hải trên biển Việt Nam.
Chương 2: Lý thuyết kênh truyền.
Chương 3: Mô phỏng và đánh giá một số trường hợp truyền sóng vô tuyến phù
hợp với tình hình biển của Việt Nam.
Trong quá trình làm luận văn, em đã cố gắng rất nhiều song do kiến thức hạn chế
nên không thể tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận được sự thông cảm, phê
bình, hướng dẫn và sự giúp đỡ tận tình của Thầy Cô, bạn bè.

13. 11
CHƯƠNG 1: TÌM HIỂU TỔNG QUAN MẠNG VÔ TUYẾN ĐIỆN HÀNG HẢI
TRÊN BIỂN VIỆT NAM.
1.1. Giới thiệu [7, 8, 11, 12].
1.1.1. Những yếu tố và đặc tính cơ bản của dịch vụ thông tin vô tuyến điện hàng
hải [8, 11, 12].
1.1.1.1. Các quy định chung về ấn định tần số và sử dụng tần số.
Khi ấn định phải đảm bảo không gây nhiễu cho các nghiệp vụ thông tin đang
hoạt động. Không được ấn định ngoài bảng phân phối tần số. Các tần số nằm trong dải
tần 4 - 30 MHz có cự ly thông tin lớn, cần để dành cho nhu cầu thông tin hợp lý. Nếu
bắt buộc phải ấn định thì phải hạn chế công suất.
1.1.1.2. Các loại thông tin trong dịch vụ thông tin lưu động hàng hải.
Thông tin cấp cứu, khẩn cấp, an toàn: thông tin cấp cứu phải chứa thông tin
nhận dạng của tàu bị nạn như Tên tàu, hô hiệu (mã nhận dạng MMSI), vị trí của tàu bị
nạn và các thông tin khác như tính chất tai nạn ....
Thông tin cấp cứu phát từ tàu bị nạn: thông tin báo nạn từ Bờ đến tàu, báo nạn
từ một tàu không bị nạn, thông tin khẩn cấp...
Dịch vụ liên lạc công cộng: là những cuộc liên lạc thông thường phục vu cho
công tác khai thác, quản lý tàu và các công việc liên quan khác. Chúng được thực hiện
theo các thủ tục thông thường trong thông tin liên lạc vô tuyến điện.
Dịch vụ điều hành cảng: cho công tác ra vào cảng, chủ yếu dùng sóng VHF
kênh 16; kênh 12 hoặc một kênh riêng theo quy định của từng cảng.
Liên lạc giữa các tàu: Đàm thoại trên kênh 13 VHF vì an toàn.
Liên lạc nội bộ trên tàu: Giữa lái với boong tàu, mũi tàu ....
1.1.1.3. Các loại trạm trong dịch vụ lưu động hàng hải.
Nhóm trạm cố định: Các đài duyên hải (Coast Station); Đài cảng; Các trung tâm
phối hợp tìm kiếm cứu nạn RCC …
Nhóm trạm di động: Đài tàu, trạm trên các phương tiện cứu sinh
1.1.1.4. Trực canh.
Các đài thuộc nghiệp vụ lưu động hàng hải đều phải duy trì thường xuyên việc
trực canh trên các tần số cấp cứu.
Hx: là giờ bất kỳ trong ngày
H24: liên tục trong ngày
H+: đầu giờ cộng với số phút
Đối với đài duyên hải thì sẽ đảm bảo trực canh trong những thời gian qui định
(thời gian đã đăng ký quốc tế). Các đài tàu duy trì trực canh tối đa có thể được.

14. 12
1.1.1.5. Các quy định thông tin cấp cứu.
Gọi cấp cứu có quyền ưu tiên tuyệt đối trên tất cả các phát xạ khác. Các đài khi
nghe được tín hiệu gọi cấp cứu thì phải đình chỉ tất cả các thông tin khác có thể gây
can nhiễu cho thông tin cấp cứu và phải lắng nghe trên thông tin cấp cứu. Tất cả các
thông tin về gọi cấp cứu chỉ được phép gửi đi khi được phép của thuyền trưởng hoặc
người phụ trách. Phát đi thông tin cấp cứu từ một đài không gặp nạn (phát lại).
1.1.1.6. Một số các khái niệm khác.
Phao số 0: Cách bờ khoảng 25 hải lý, khi tàu vào đến phao số 0 thì chỉ liên lạc
bằng VHF.
Vùng phục vụ của Đài DH: là vùng mà khi 1 tàu đang ở 1 vị trí nào đó thu được
tín hiệu của đài DH. (vùng phục vụ băng 6, 8, 12…)
1.1.2. Hệ thống an toàn và cứu nạn hàng hải toàn cầu GMDSS [3, 11].
1.1.2.1. Khái niệm tổng quan về GMDSS.
Năm 1914: Công ước quốc tế về an toàn và sinh mạng trên biển SOLAS 1914
đầu tiên ra đời. Công ước này dành chương 4 để quy định về thiết bị liên lạc vô tuyến
trên tàu.
SOLAS -74, thiết bị liên lạc vô tuyến trang bị trên tàu phân theo trọng tải, có 2 mức:
+ Tàu có trọng tải <1600 RT: trang bị máy thu phát và trực canh liên tục trên
tần số thoại 2182 KHz.
+ Tàu có trọng tải >1600 RT: trang bị máy thu phát và trực canh liên tục trên
tần số thoại 2182KHz và bằng Morse trên 500KHz.
Năm 1979, IMO đã đưa ra công ước tìm kiếm và cứu nạn trên biển gọi là SAR-
79 Mục tiêu: là thành lập một kế hoạch toàn cầu cho công tác tìm kiếm và cứu nạn trên
biển.
Năm 1988, Hệ thống GMDSS (Global Maritime Distress and Safety) đã được
thông qua dưới dạng bổ sung và sửa đổi cho SOLAS-74 (Safety Of Life At Sea). Hệ thống
GMDSS là một hệ thống quốc tế sử dụng cả công nghệ thông tin vệ tinh và mặt đất.
1.1.2.2. Chức năng của hệ thống GMDSS.
• Phát báo nạn từ tàu tới bờ.
• Phát và thu tín hiệu cấp cứu từ tàu tới tàu.
• Phát và thu tín hiệu cấp cứu từ bờ đến tàu.
• Liên lạc phối hợp tìm cứu.
• Liên lạc tại hiện trường tìm cứu
• Phát và thu tín hiệu định vị.
• Phát và thu các thông tin an toàn hàng hải (MSI).

15. 13
• Liên lạc thông thường.
• Liên lạc giữa các tàu (tàu – tàu).
1.1.2.3. Thành phần của GMDSS.
- Nhóm thông tin mặt đất.
+ Các đài bờ (Coast Station): được trang bị các thiết bị thu, phát VHF, HF, MF
+ Các đài tàu (Ship Station) trang bị theo yêu cầu của SOLAS, sử dụng công nghệ
DSC để thông tin cấp cứu và an toàn.
+ Sau lời gọi DSC, việc liên lạc có thể tiến hành bằng Telex, đàm thoại hoặc cả hai.
Tuỳ theo cự ly thông tin người ta chia ra làm các nhóm thông tin là thông tin
tầm xa, tầm gần, tầm trung.
 Liên lạc tầm gần: Ở tầm gần việc liên lạc thông qua VHF với các tần số:
+ 156.525MHz (kênh 70) cho các cuộc gọi báo nạn và an toàn thông qua thiết
bị gọi chọn số DSC.
+ 156.8 MHz (kênh 16) cho cuộc gọi báo nạn và an toàn thông qua đàm thoại
vô tuyến, bao gồm cả việc liên lạc trên một hiện trường và các chức năng phối hợp
Tìm – cứu SAR.
+ Ở liên lạc tầm gần không sử dụng Telex.
 Liên lạc tầm trung: sử dụng các tần số ở dải sóng 2MHz
+ 2187.5 KHz sử dụng cho các cuộc gọi báo nạn và an toàn thông qua thiết bị
gọi chọn số DSC.
+ 2182 KHz sử dụng để liên lạc cấp cứu và an toàn bằng đàm thoại vô tuyến,
gồm cả việc liên lạc trên một hiện trường và các chức năng phối hợp Tìm –cứu SAR.
+ 2147,5 KHz sử dụng để liên lạc cấp cứu và an toàn bằng Telex ( NBDP: in
chử trực tiếp băng hẹp).
+ 518 KHz: Thông tin an toàn hàng hải, đặc biệt các thông báo hàng hải và thời
tiết thông qua hệ thống NAVTEX quốc tế.
 Liên lạc tầm xa :
Ở cự ly này sử dụng băng tần HF cho phép thông tin theo chiều tàu – bờ và
ngược lại. Trong vùng bao phủ của hệ thống INMARSAT thì dịch vụ thông tin được
tuỳ chọn giữa INMARSAT và HF nhưng nếu ngoài vùng bao phủ của INMARSAT thì
việc dùng thông tin bằng sóng HF là duy nhất. Các dải tần được dùng trong liên lạc
tầm xa của GMDSS là băng 4, 6, 8, 12 và 16MHz.

16. 14
- Nhóm thông tin vệ tinh:
+ Hệ thống thông tin vệ tinh INMARSAT.
+ Hệ thống xác định vị trí tai nạn COSPAS-SARSAT.
- Hệ thống INMARSAT:
+ Phục vụ cho mục đích cấp cứu và an toàn Hàng hải theo GMDSS.
+ Thông tin an toàn hàng hải thông qua dịch vụ EGC (SafetyNET và FleetNet),
các dịch vụ thông tin khác như Thoại, Fax, Telex, Data, Email.
+ Có thể sử dụng các dịch vụ của vệ tinh Inmarsat A, B, C hoặc E (hiện tại
Inmarsat A không dùng).
+ Băng tần sử dụng: dải tần phát lên vệ tinh 1626,5MHz – 1646,5MHz; dải tần
phát từ vệ tinh xuống 1525MHz – 1545MHz.
- Hệ thống COSPAS-SARSAT:(Space System for Search anh Distress Vessels
Search And Rescue Satellite Aided Tracking).
+ Sử dụng các vệ tinh tầm thấp.
+ Định vị các phao EPIRB (Emergency Position Indicating Radio Beacons)
phát ở các tần số 121.5MHz/ 243 MHz hoặc 406MHz.
+ Tín hiệu thu được => các đài LUT/MCC (Local User Terminal/Mission
Control Center) trên tần số 1544,5 MHz để xử lý.
+ Kết quả: được chuyển thẳng đến các RCC (Rescue Coordination Center).
1.1.2.4. Phân chia vùng biển trong GMDSS.
Vùng biển A1: Trong phạm vi phủ sóng của hệ thống vô tuyến đàm thoại dùng
sóng VHF có trực canh cấp cứu DSC VHF ( bán kính đến 35 hải lý);
Hình 1.1: Sơ đồ hệ thống GMDSS [7].

17. 15
Vùng biển A2: trong phạm vi phủ sóng
của hệ thống vô tuyến đàm thoại dùng sóng
MF có trực canh cấp cứu DSC HF (bán kính
khoảng 250 hải lý) – không kể vùng biển A1;
Vùng biển A3: Trong phạm vi phủ sóng
của hệ thống HF và hệ thống Inmarsat từ vĩ
tuyến 70 độ Bắc đến vĩ tuyến 70 độ Nam
không kể vùng biển A1 và A2;
Vùng biển A4: Trong phạm vi phủ sóng
của hệ thống HF và hệ thống Cospas-Sarsat từ vĩ
tuyến 70 độ Bắc trở lên và từ vĩ tuyến 70 độ
Nam trở xuống là các vùng cực của trái đất
không kể vùng biển A1, A2 và A3. (Vùng A4 là các vùng cực).
1.1.2.5. Hệ thống an toàn và cấp cứu hàng hải toàn cầu GMDSS.
Bảng 1.1. Trang thiết bị thông tin vô tuyến điện trên tàu theo GMDSS [7].
STT Thiết bị thông tin
Vùng biển
A1
Vùng biển
A2
Vùng biển A3
Vùng
biển A4
1 VHF/RT/DSC X X X X
2 MF/RT/DSC X
X
X
3 MF/HF/RT/DSC/NBDP X
4
NAVTEX, EGC or HF/MSI
RX
X X X
X
HF/MSI
RX
5 SES/INM-A/B or INM-C X
6 EPIRB/406 SAT
X
Hoặc
Epirb/INM
band-L/
VHF/Epirb
X
Hoặc
Epirb/INM
band-L
X
Hoặc Epirb/INM band-L
X
7 SART/9GHZ X X X X
8 VHF TWO-WAY X X X X
9
RX 2182 KHZ WATCH
KEEPING
X X X X
Hình 1.2: Sơ đồ phân chia vùng
biển trong GMDSS [7].

18. 16
- Công tác trực canh trên tàu có trang bị GMDSS:
+ DSC kênh 70VHF, DSC 2187,5KHz.
+ Nếu tàu có trang bị MF/HF-DSC thì việc trực canh có thể phải duy trì bằng
máy thu quét.
+ Nếu tàu có lắp thiết bị của hệ thống Inmarsat thì trực canh cấp cứu bờ tàu qua
vệ tinh.
- Thứ tự ưu tiên trong dịch vụ thông tin di động hàng hải và thông tin vệ tinh:
Cấp cứu – Khẩn cấp – An Toàn – Liên lạc tham gia tìm cứu nạn – Liên lạc thông
thường.
1.1.2.6. Các hệ thống thông tin trong GMDSS.
• Hệ thống gọi chọn số DSC (Digital Selective Calling).
• Thiết bị gọi Radio Telex – NBDP (Narrow Band Direct Pringting).
• Hệ thống vệ tinh INMARSAT.
• Hệ thống COSPAS-SARSAT.
• Phao vô tuyến chỉ báo vị trí khẩn cấp EPIRB.
• Hệ thống Navtex.
• Hệ thống SART (Search anh Rescue Radar Transpondar).
• Thiết bị cứu sinh VHF cầm tay: TWO WAY
a) Hệ thống gọi chọn số DSC.
Giới thiệu chung:
- Là một thành phần quan trọng của hệ thống GMDSS.
- Hoạt động trên các dải sóng HF,MF và VHF/ DSC.
- Phát báo động cấp cứu từ tàu cũng như phát xác nhận điện cấp cứu từ bờ.
- Dùng cho cả Tàu và Bờ phát chuyển tiếp các bức điện báo động cấp cứu hoặc
phát các cuộc gọi khẩn cấp và an toàn.
Dùng cho cả tàu và bờ dùng để bắt liên lạc trong thông tin thông thường. - Có
thể gọi đến 1 đài cụ thể hoặc gọi đến tất cả các đài.
- Thiết bị DSC có thể là các thiết bị độc lập hoặc được kết hợp với các thiết bị
thoại trên các băng tần HF, MF và VHF.
- Các chức năng chính của DSC:
+ Các loại cuộc gọi của DSC: (gọi cấp cứu và thông thường)
Cấu trúc của cuộc gọi cấp cứu: Kiểu lời gọi là DISTRESS; Mã nhận dạng
MMSI của đài phát ; Tính chất tai nạn ; Toạ độ bị tai nạn; Thời điểm tương ứng với lúc

19. 17
vị trí tàu được nhập vào; Cách thức liên lạc tiếp theo (phương thức : thoại hay Telex ; kênh
tần số).
Cấu trúc cuộc gọi thông thường (tương tự, tuy nhiên có thêm địa chỉ gọi đó là
Mã nhận dạng trạm muốn gọi hay nhóm trạm).
+ Các tần số dùng cấp cứu và an toàn DSC là : 2187,5KHz ; 4207,5KHz ; 6312
KHz ; 8414,5KHz ; 12577KHz ; 16804,5KHz ; và kênh 70 VHF.
+ Các tần số quốc tế khác dùng cho mục đích khác :
Tàu :4208 ; 6312,5 ; 8415KHz …
Bờ : 4219,5 ; 6331 ; 8436,5KHz ...
+ Trực canh DSC:
Các trạm bờ DSC phải trực canh tự động và phù hợp với dải tần đã đăng ký
trong ITU List of Coast Station.
Các đài tàu khi ở trên biển cũng phải duy trì trực canh trên DSC Kênh 70 VHF;
DSC ở dải tần MF, HF phù hợp.
+ Gọi thông thường bằng DSC :
- Sử dụng dịch vụ đàm thoại vô tuyến để liên lạc với tàu, Bờ.
- Phụ thuộc vào khoảng cách cần liên lạc mà chọn băng tần cho phù hợp:
+ Liên lạc tầm gần : dùng VHF.
+ Liên lạc tầm trung : dùng sóng MF.
+ Liên lạc tầm xa : dùng HF.
- Có thể liên lạc Bờ - tàu và ngược lại (Gọi ở tần số gọi, sau đó chuyển sang tần
số làm việc).
- Lưu ý: Trong đàm thoại trực tiếp, kết thúc 1 lần phát dùng từ OVER để bên
thu biết và phát trả lời.
b) Thiết bị gọi Radio Telex – NBDP.
- NBDP là một bộ phận cấu thành hệ thống GMDSS.
+ Để hỗ trợ trong thông tin cấp cứu, khẩn cấp và an toàn.
+ Đáp ứng các dịch vụ thông tin trên các dải sóng VTĐ mặt đất giữa tàu với bờ
và ngược lại.
+ Thiết bị NBDP hoạt động trên các dải sóng MF và HF (không có NBDP ở dải
sóng VHF), với phương thức phát F1B hoặc J2B.
Hình 1.3: Các loại máy bộ đàm liên lạc trên biển [7].

20. 18
- Chế độ thông tin:
+ Chế độ yêu cầu tự động lặp lại ARQ (Auto Repeat reQuest): dùng để trao đổi
thông tin giữa hai đài.
+ Chế độ hiệu chỉnh sai số FEC (Forward Error Correction): dùng để phát các
thông tin có tính chất thông báo tới nhiều đài, trạm thu không cần thiết bị phát.
+ Chế độ FEC được ứng dụng trong máy thu NAVTEX.
Hô hiệu tự xưng (Answerback): Để đảm bảo liên lạc chính xác tới trạm cần gọi.
Mỗi trạm ngoài mã nhận dạng MSSI đều có hô hiệu tự xưng riêng.
Ví dụ: Tàu 574079632 XVTH X.
- Thủ tục khai thác thiết bị NBDP:
+ Có thể sử dụng 2 chiều: Bờ - Tàu và Tàu - Bờ.
+ Có thể khai thác ở chế độ nhân công và tự động.
- Tần số trong Telex:
+ Hệ thống NAVTEX: 490KHz; 518 KHz; 4209,5KHz.
+ Các tần số cấp cứu, an toàn cho thiết bị Telex là: 2174,5KHz; 4177,5; 6268;
8376,5; 12520; 16695KHz.
c) Hệ thống vệ tinh INMARSAT.
- Tháng 7-1979: Tổ chức Inmarsat được
thành lập.
- 15-4-1998: Việt Nam gia nhập tổ chức
Inmarsat.
- Vệ tinh Inmarsat là mạng viễn thông di
động vệ tinh toàn cầu.
- Chất lượng và độ tin cậy cao.
- Dùng để thông tin ở những nơi không
thể phủ sóng được như các vùng đại dương,
biên giới, hải đảo,…
- Chức năng:
+ Cung cấp các dịch vụ viễn thông phục vụ cho mục đích cấp cứu và an toàn
Hàng hải.
+ Cung cấp các dịch vụ viễn thông cơ bản là Thoại, Fax, Telex, Data, Email.
+ Thông tin an toàn hàng hải MSI (Maritime Safety Information) thông qua
dịch vụ SafetyNET, FleetNet.
- Cấu hình: Gồm có 3 phần chính:
+ Phần không gian: là phần bao gồm các vệ tinh địa tĩnh (tạo nên 4 vùng phủ):
Hình 1.4: Hệ thống vệ tinh Inmarsat [7].

21. 19
Vùng Đông - Đại Tây Dương (AOR-E ) ở 15,5 W
Vùng Tây - Đại Tây Dương (AOR-W) ở 54 W,
Thái Bình Dương (POR) ở 178 E và Ấn Độ Dương (IOR) ở 64,5 E.
+ Phần mặt đất: gồm các trạm bờ LES, CES (Land/Coast Earth Station), các
trạm phối hợp mạng NCS (Network Coordination Station) và trung tâm điều hành
mạng NOC (Network Operation Centre) tạo nên một mạng toàn cầu.
+ Phần sử dụng: Các đài tàu SES, MES (Ship/Mobile Earth Station).
- Dải tần sử dụng: Băng tần L, cụ thể:
+ Dải tần phát lên vệ tinh 1626,5MHz – 1646,5MHz.
+ Dải tần phát từ vệ tinh xuống 1525MHz – 1545MHz.
Inmarsat A:
• Được đưa vào sử dụng thương mại năm
1982.
• Sử dụng kỷ thuật Analog.
• Cung cấp dịch vụ: Telephone, Fax,
Data; Telex.
• Phát báo động cấp cứu bằng đài tàu
Inmarsat A sẽ được tự động chuyển qua
trạm bờ CES tới RCC, thủ tục như sau:
+ Chọn chế độ Telex hoặc Telephone.
+ Chọn loại cấp cứu.
+ Nhập mã nhận dạng trạm bờ cần gọi.
+ Nếu không nhận được trả lời thì phát
báo động cấp cứu lại.
• Băng tần phát: 1636 ÷ 1645 MHz
• Băng tần thu: 1535 ÷ 1543,5 MHz
Inmarsat B:
- Đưa vào sử dụng năm 1994, kế tục sự phát triển của INMARSAT - A, sử dụng
kỹ thuật số.
- Cung cấp dịch vụ: Telephone, Fax (2 chiều), Data; Telex.
- Báo động cấp cứu (bằng thoại hoặc Telex) được gửi tự động qua trạm bờ CES
đến RCC.
- Băng tần phát: 1626,4 ÷ 1646,5 MHz.
- Băng tần thu: 1525 ÷ 1545 MHz.
Hình 1.5: Hệ thống vệ tinh Inmarsat [7].

22. 20
Hình 1.6: Hệ thống gọi cấp cứu Inmarsat [7].
Hình 1.7: Các thành phần của hệ
thống Cospas-Sarsat [7].
Inmarsat C:
- Ra đời năm 1991, sử dụng kỹ thuật số.
- Cung cấp dịch vụ: Fax (1 chiều từ Tàu - Bờ, không có Bờ - Tàu), Data; Telex
Lưu ý: Inmarsat C không có thoại.
- Báo động cấp cứu với ưu tiên cao nhất tới các RCC.
- Dịch vụ gọi chọn nhóm tăng cường EGC (Enhanced Group Call) cung cấp
thông tin từ Bờ đến Tàu, có hai loại dịch vụ EGC:
+ SafetyNet.
+ FleetNet (Để nhận được các bản điện FleetNet, các tàu phải đăng ký nơi cung
cấp thông tin FleetNet, và có mã nhận dạng ENID (EGC Network
Identification).
• Băng tần phát: 1626,5 ÷ 1645,5 MHz.
• Băng tần thu: 1530 ÷ 1545 MHz.
Gọi cấp cứu bằng phương thức Inmarsat – C:
- Sử dụng nút báo động cấp cứu để
gửi báo động cấp cứu ngắn với các
thông tin tóm tắt về tình trạng gặp nạn.
- Để gửi 1 báo động cấp cứu, chỉ cần
nhấn nút hoặc tổ hợp nút đó và giữ
trong một khoảng thời gian (khoảng 5
giây).
- Vị trí tàu, tuyến hành trình và tốc
độ của con tàu: lần nhập gần nhất nếu
tàu không nối với thiết bị như GPS.
- Tính chất tai nạn là: không xác định.
d) Hệ thống COSPAS-SARSAT.
- COSPAS-SARSAT (Space System
for Search anh Distress Vessels - Search
And Rescue Satellite Aided Tracking).
- Do bốn nước sáng lập là Nga, Mĩ,
Pháp và Canada.
- Sử dụng các vệ tinh tầm thấp LEO.
-Định vị các phao EPIRB
(Emergency Position Indicating Radio

23. 21
Hình 1.8: Thiết bị phát tín hiệu cấp cứu
của hệ thống Cospas-Sarsat [7].
Beacons) phát ở các tần số 121.5MHz/ 243 MHz hoặc 406MHz.
- Tín hiệu thu được => các đài LUT/MCC.
- (Local User Terminal/Mission Control Center) trên tần số 1544,5 MHz để xử lý.
- Kết quả: được chuyển thẳng đến các RCC (Rescue Coordination Center).
- Hệ thống Cospas-Sarsat bao gồm các thành phần:
+ Thành phần không gian: chính là các Vệ tinh Cospas – Sarsat.
+ Thành phần mặt đất bao gồm: Đài thu tín hiệu Vệ tinh (LUT) và Trung tâm Điều
phối Thông tin Vệ tinh Cospas-Sarsat (MCC).
+ Thiết bị đầu cuối:
• EPIRB (Emergency Position Indicating Radio
Beacon): dùng trong ngành hàng hải.
• ELT (Emergency Locator Transmitter) sử
dụng cho hàng không.
• PLB (Personal Locator Beacon): dùng trên đất
liền.
- Thiết bị phát tín hiệu cấp cứu qua vệ tinh
hoạt động theo 2 cơ chế:
• Phát tín hiệu cấp cứu tự động.
• Phát tín hiệu cấp cứu nhân công.
- Nguyên lý làm việc:
+ Khi cấp cứu, thiết bị báo động Cospas - Sarsat được kích hoạt sẽ phát tín hiệu
cấp cứu trên tần số 406 MHz hoặc 121.5/243 MHz.
+ Vệ tinh của hệ thống Cospas - Sarsat thu được tín hiệu cấp cứu này sẽ lưu trữ
trên vệ tinh và phát xuống đài LUT trên tần số 1544.5 MHz.
+ Đài LUT sẽ xử lý tín hiệu cấp cứu, xác định vị trí phao => sẽ được chuyển
đến Trung tâm Điều phối Thông tin vệ tinh (MCC) thích hợp.
+ MCC sẽ tập hợp thông tin từ Đài LUT và từ các MCC khác để đưa ra thông
tin tổng hợp chính xác về tình huống cấp cứu. Sau đó, MCC => Trung tâm tìm kiếm
cứu nạn (RCC).
- Đăng ký Phao EPIRB là một công việc rất cần thiết đối với chủ các phương
tiện vì với những thông tin đăng ký về mã nhận dạng phao, tên tàu, Hô hiệu, MMSI,
Tên công ty, địa chỉ và số liên lạc của chủ tàu,... .
e) Phao vô tuyến chỉ báo vị trí khẩn cấp EPIRB.
Phao Epirb nằm trong hệ thống thông tin trợ giúp các hoạt động tìm kiếm và
cứu nạn sử dụng vệ tinh.

24. 22
Phao Epirb trang bị trên tàu không chỉ cho biết thông tin về vị trí mà còn cho
biết các thông tin chi tiết về tàu gặp nạn.
+ EPIRB băng L của hệ thống vệ tinh Inmarsat E.
+ EPIRB của hệ thống vệ tinh Cospas-Sarsat.
Epirb băng L của hệ thống vệ tinh Inmarsat E:
• Được thựchiện chức năng báo động từ tàu đến
bờ qua vệ tinh Inmarsat.
• Epirb 1,6 GHz phát báo động cấp cứu ở tần số
1646,5 MHz và chỉ hoạt động trong vùng phủ
sóng của vệ tinh.
• Phao Epirb có khả năng hoạt động bằng tay,
hoặc tự động.
• Phao Epirb tự nổi khi tàu bị đắm và sẽ được
kích hoạt một cách tự động khi tàu chìm ở độ
sâu khoảng 2 - 4 mét.
Nội dung bản điện cấp cứu của Epirb Inmarsat E
như sau: Số ID của tàu; Toạ độ tàu; Thời gian; Tính
chất cấp cứu như: đắm tàu, cháy nổ; Hướng tàu, Tốc độ tàu …
Đăng ký Epirb cần phải được đăng ký với Inmarsat E và với RCC (nội dung đăng
ký gồm: Tên tàu, hô hiệu tàu, mã nhận dạng dịch vụ di động hàng hải MMSI, số di
động Inmarsat IMN….).
Epirb của hệ thống vệ tinh Cospas-Sarsat:
Epirb của hệ thống vệ tinh Cospas-Sarsat Gồm Epirb - 121,5MHz và Epirb –
406 MHz; phát xuống ở tần số 1544,5MHz.
• Epirb - 121,5MHz: xử lý 10 phao cùng một lúc; có độ chính xác 17,2Km.
• Epirb – 406 MHz: xử lý 90 phao cùng một lúc; có độ chính xác 5Km.
• Epirb – Inmarsat E: xử lý 20 phao cùng một lúc; có độ chính xác 200 mét.
f) Hệ thống SART.
- Thành phần của hệ thống GMDSS trong việc
định vị tàu bị nạn hoặc bè cứu sinh của tàu đó.
- Hoạt động trên dải tần 9 GHz.
Hình 1.9: Epirb của hệ thống
vệ tinh Cospas-Sarsat [7].
Hình 1.10: Hệ thống SART [7].

25. 23
g). Thiết bị cứu sinh VHF cầm tay.
- Thiết bị này là một trong những thành phần của
hệ thống GMDSS.
- Trao đổi thông tin liên lạc hiện trường bằng phương
thức thoại .
- Có thể hoạt động trong mưa gió. Các tần số GMDSS
mà thiết bị này có thể sử dụng:
+ Kênh 16 (156.800MHz): tần số dành cho mục
đích cấp cứu, khẩn cấp và an toàn.
+ Kênh 13 (156.650MHz): tần số dành cho thông tin an toàn hàng hải giữa các
tàu.
+ Kênh 6 (156.300MHz): tần số dành cho thông tin hiện trường giữa các tàu và
giữa tàu với máy bay.
• Phương thức phát G3E/F3E.
• Công suất đến 2W (hoặc có thể đến 5W).
Vệ tinh GPS ( Global Positioning System): Là hệ thống định vị toàn cầu
- 24 vệ tinh;
- Các trạm mặt đất;
- Ban đầu dùng cho các ứng dụng quân sự,
năm 1980 cho dân sự;
- Hoạt động 24/24;
- Không trả phí;
- Vệ tinh đầu tiên năm 1978;
- 24 vệ tinh năm 1994;
- Mỗi vệ tinh dùng trong 10 năm;
- Mỗi vệ tinh nặng khoảng 900kg, kích thước 6m cả pin mặt trời;
- Công suất phát 50 watts hoặc thấp hơn;
- Xoay quanh trái đất 2 vòng trong thời gian < 24h (11h, 58ph).
Thành phần của hệ thống GPS:
Hệ thống GPS bao gồm 3 phần chính:
• Vệ tinh;
• Trạm điều khiển;
• Người sử dụng;
– Carriers: L1: 1575.42 MHz;
– L2: 1227.60 MHz.
Hình 1.12: Vệ tinh GPS [7].
Hình 1.11: Thiết bị cứu sinh VHF
cầm tay [7].

26. 24
Cơ chế làm việc của GPS:
• Máy GPS đo khoảng cách đến các vệ tinh thông qua thời gian truyền tín hiệu.
• Biết chính xác vị trí các vệ tinh.
• Thực hiện tính toán, hiệu chỉnh.
Xác định khoảng cách:
- Đo thời gian tín hiệu vô tuyến từ vệ tinh.
+ Giả sử vệ tinh và thiết bị thu tạo cùng mã giả ngẫu nhiên tại cùng 1 thời điểm.
+ So sánh độ trễ tín hiệu thu được từ vệ tinh và tín hiệu được tạo tại máy
thuthời gian.
- Nhân với vận tốc ánh sáng khoảng cách.
Đo DGPS:
- Cần độ chính xác cao hơn.
- DGPS là phương pháp hiệu chỉnh các yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác
trong hệ thống GPS.
Hình 1.14: Cơ chế làm việc của hệ thống GPS [7].
Hình 1.13: Thành phần của hệ thống GPS [7].

27. 25
- DGPS có thể đạt độ chính xác vài mét đối với các ứng dụng lưu động, cao hơn
trong trường hợp cố định.
- Với DGPS, GPS không chỉ là hệ thống dẫn đường thông thườnghệ đo
lường quốc tế có khả năng xác định vị trí với độ chính xác rất cao.
Các ứng dụng của GPS:
- Ứng dụng trong hàng hải; hàng không; giao thông đường bộ với các thiết bị
dẫn đường cho xe ôtô , xe gắn máy; Cung cấp thông tin vị trí: thiết bị đo, đài phát…
1.1.3. Kết luận chương.
Việt Nam là một quốc gia biển, với hơn 3200 km bờ biển và hàng triệu km
vuông thềm lục địa. Giữ một vị trí quan trọng trong giao thông hàng hải, nền kinh tế
biển của Việt Nam đã trở thành ngành kinh tế mũi nhọn . Các hoạt động trên biển như
vận tải biển, thăm dò và khai thác dầu khí, nuôi trồng và đánh bắt hải sản … đã và
đang được đầu tư phát triển mạnh, do đó vùng biển Việt Nam là tuyến hàng hải quốc
tế quan trọng nên các tàu thuyền tham gia hoạt động rất nhộn nhịp cả về số lượng và
các loại tàu, đồng thời, vùng biển nước ta thường xuyên phải gánh chịu hàng chục cơn
bão, áp thấp nhiệt đới. Do vậy, các tàu thuyền tham gia hoạt động hay gặp các tai nạn
trên biển, gây ra nhiều thiệt hại về người và tài sản. Trong đó ngư dân, đi biển với
những phương tiện còn lạc hậu là một những đối tượng chịu nhiều rủi ro và thiệt hại
nhất. Nằm trong khu vực chịu nhiều ảnh hưởng của biến đổi khí hậu toàn cầu, Việt
Nam là một trong những quốc gia có khí hậu nhiệt đới gió mùa với thời tiết rất khắc
nghiệt và bất thường. Các hiện tượng thời tiết như bão, áp thấp nhiệt đới…luôn xảy ra
gây thiệt hại lớn cho ngư dân. Một trong những nguyên nhân gây thiệt hại về người và
tài sản do bão, áp thấp gây ra là việc thông tin liên lạc giữa đất liền với biển còn bất
cập. Vấn đề nóng hiện nay nữa là việc tranh chấp của các nước tại Biển Đông đang
căng thẳng chưa biết khi nào kết thúc.
Do đó, tầm quan trọng của thông tin vô tuyến trên biển vô cùng cấp thiết của
việc liên lạc giữa các tàu cá đánh bắt trên biển để hỗ trợ nhau khi ra khơi, hệ thống
thông tin vô tuyến còn cung cấp, cập nhật liên tục các bản tin cảnh báo khí tượng -
thời tiết biển hàng ngày, cảnh báo thiên tai, khi tàu cá bị tai nạn cần sự giúp đỡ, cứu
hộ, cứu nạn thì hệ thống thông tin vô tuyến trên biển dùng để liên lạc kịp thời với các
tàu cá nơi gần nhất và đồng thời thông báo cho Hệ thống Đài thông tin duyên hải Việt
Nam hoặc Bộ chỉ huy Bộ đội Biên phòng để có biện pháp ứng phó kịp thời để cùng hỗ
trợ tìm kiếm cứu nạn trên biển. Ngoài ra còn là phương tiện hỗ trợ đắc lực trong việc
bảo vệ chủ quyền biển đảo quê hương.

28. 26
CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT KÊNH TRUYỀN
2.1. Đặc tính chung của kênh truyền tín hiệu vô tuyến [2].
Chất lượng của các hệ thống thông tin phụ thuộc nhiều vào kênh truyền, tại đó tín
hiệu được truyền từ máy phát đến máy thu. Không giống như kênh truyền hữu tuyến là
ổn định và có thể dự đoán được, kênh truyền vô tuyến là hoàn toàn ngẫu nhiên và
không hề dễ dàng trong việc phân tích và đánh giá. Tín hiệu được phát đi, qua kênh
truyền vô tuyến có thể sẽ bị cản trở bởi các vật cản như: nhà cao tầng, núi non, cây cối
… sẽ bị phản xạ, tán xạ, nhiễu xạ…, các hiện tượng này được gọi chung là fading. Và
kết quả là ở máy thu, ta sẽ thu được rất nhiều phiên bản khác nhau của tín hiệu phát.
Điều này ảnh hưởng đến chất lượng của hệ thống thông tin vô tuyến. Vì vậy việc nắm
vững những đặc tính của kênh truyền sóng vô tuyến là yêu cầu cơ bản để có thể chọn
lựa một cách phù hợp các cấu trúc của hệ thống và các thông số tối ưu của hệ thống.
Hiện tượng fading trong một hệ thống thông tin có thể được phân thành hai loại:
fading tầm rộng và fading tầm hẹp.
Fading tầm rộng diễn tả sự suy yếu của trung bình công suất tín hiệu hoặc độ suy
hao kênh truyền là do sự di chuyển trong một vùng rộng. Hiện tượng này chịu sự ảnh
hưởng bởi độ cao của địa hình (đồi núi, rừng, các khu nhà cao tầng) giữa máy phát và
máy thu. Phía thu được bị che khuất bởi các vật cản cao. Các thống kê về hiện tượng
fading tầm rộng cho phép ta ước lượng độ suy hao kênh truyền theo hàm của khoảng
cách.
Fading tầm hẹp diễn tả sự thay đổi đáng kể ở biên độ và pha tín hiệu. Điều này
xảy ra là do sự thay đổi nhỏ trong vị trí không gian (nhỏ khoảng nửa bước sóng) giữa
phía phát và phía thu. Fading tầm hẹp có hai nguyên lý - sự trải thời gian của tín hiệu
và đặc tính thay đổi theo thời gian của kênh truyền. Đối với các ứng dụng di động,
kênh truyền là biến đổi theo thời gian vì sự di chuyển của phía phát và phía thu dẫn
đến sự thay đổi hướng truyền sóng.
Có ba cơ chế chính ảnh hưởng đến sự lan truyền của tín hiệu trong hệ thống di
động:
- Phản xạ xảy ra khí sóng điện từ va chạm vào một mặt bằng phẳng với kích thước
rất lớn so với bước sóng tín hiệu RF.
- Nhiễu xạ xảy ra khi đường truyền sóng giữa phía phát và thu bị cản trở bởi một
nhóm vật cản có mật độ cao và kích thước lớn so với bước sóng. Nhiễu xạ là hiện
tượng giải thích cho nguyên nhân năng lượng RF được truyền từ phía phát đến phía
thu mà không cần đường truyền thẳng. Nó thường được gọi là hiệu ứng chắn
(shadowing) vì trường tán xạ có thể đến được bộ thu ngay cả khi bị chắn bởi vật
cản không thể truyền xuyên qua.
- Tán xạ xảy ra khi sóng điện từ va chạm vào một mặt phẳng lớn, gồ ghề làm cho
năng lượng bị trải ra (tán xạ ) hoặc là phản xạ ra tất cả các hướng.

29. 27
2.2.Đặc tính của tín hiệu vô tuyến [1, 6, 8].
2.2.1. Suy hao đường truyền.
Các anten phát sóng vô tuyến sẽ được truyền đi theo mọi hướng (nghĩa là sóng
được mở rộng theo hình cầu).Khi chúng ta lắp đặt anten định hướng để truyền tín hiệu
,sóng cũng được mở rộng theo dạng hình cầu nhưng mật độ năng lượng khi đó sẽ tập
trung vào một vùng nào đó do ta thiết kế.Vì thế mật độ công suất của sóng giảm tỉ lệ
với bình phương khoảng cách.
Công suất tín hiệu khi truyền trong không gian tự do:
2
4







R
G
G
P
P R
T
T
R


(1)
Trong đó : PR là công suất thu được (Watts).
PT là công suất phát (Watts).
GT là độ lợi của anten phát, GR là độ lợi của anten thu.
λ là bước sóng của sóng mang vô tuyến (m).
R là khoảng cách truyền dẫn tính bằng met.
Hoặc ta có thể viết lại là :
R
T
R
T
R
T
G
G
f
R
c
G
G
R
P
P 1
1
4
1
1
4 2
2
2
2

















(2)
Gọi Lpt là hệ số suy hao do việc truyền dẫn trong không gian tự do:
Lpt(dB)=PT(dB) - PR(dB)
=-10logGT -10log10GR+20logf+20logR-47.6dB (3)
Hình 2.1: Ảnh hưởng của môi trường vô tuyến [2]

30. 28
2.2.2.Bóng mờ và Fading chậm.
Hầu như các ứng dụng trong hệ thống di động vô tuyến, môi trường truyền
thường là có các vật cản trong quá trình truyền sóng. Các vật cản này gây ra phản xạ
trên bề mặt và làm suy hao tín hiệu truyền qua chúng gây nên hiện tượng bóng mờ. Sự
thay đổi trong suy hao đường truyền xuất hiện khi khoảng cách lớn và phụ thuộc vào
kích thước vật cản gây nên bóng mờ hơn là bước sóng của tín hiệu RF. Vì sự thay đổi
này thường xảy ra chậm nên nó còn được gọi là fading chậm. Công thức dưới cho
chúng ta công suất thu của tín hiệu trong môi trường có các thành phần suy hao đường
truyền.










R
G
G
P
P R
T
T
R
4
(4)
Trong đó:  là thành phần suy hao đường truyền
2.2.3.Ảnh hưởng đa đường và Fading nhanh.
Quá trình truyền, tín hiệu RF có thể bị phản xạ từ các vật thể như nhà cao tầng,
đồi núi, tường, xe cộ v.v... Trong môi trường truyền tín hiệu có nhiều vật cản thì sẽ có
các tia phản xạ là nguyên nhân chính gây ra fading nhanh. Nếu chúng ta truyền một
xung RF qua môi trường truyền tín hiệu có nhiều vật cản, thì tại đầu thu ta sẽ thu được
tín hiệu như hình (2.2). Mỗi xung tương ứng với một đường, cường độ phụ thuộc vào
suy hao đường của đường đó. Đối với tín hiệu tần số cố định (chẳng hạn sóng sin), trễ
đường truyền sẽ gây nên sự quay pha của tín hiệu.
2.2.4. Fading lựa chọn tần số và Fading phẳng.
Ảnh hưởng môi trường truyền tín hiệu có nhiều vật cản cũng gây nên sự thay
đổi fading cùng với tần số, là do đáp ứng pha của các thành phần truyền tín hiệu có
nhiều vật cản sẽ thay đổi cùng với tần số. Bước sóng tỷ lệ nghịch với tần số và vì thế
đối với đường truyền cố định thì pha sẽ thay đổi theo tần số. Khoảng cách đường
truyền của mỗi thành phần môi trường truyền tín hiệu có nhiều vật cản khác nhau và
như vậy sự thay đổi pha cũng khác nhau. Hình (2.3) biểu diễn một ví dụ về truyền hai
đường. Đường 1 hướng trực tiếp cách 10 m, đường 2 hướng phản xạ cách 25 m. Đối

31. 29
với bước sóng 1 m. Nếu chúng ta thay đổi tần số là 0,9 m thì đường một sẽ có

111
,
11
9
,
0
/
10  hay có pha là
0
0
40
360
111
,
0 
 , trong khi đường thứ hai có

778
,
27
9
,
0
/
25  , hay có pha là
0
0
280
360
778
,
0 
 , điều này làm hai đường khác pha
nhau, sẽ làm suy giảm biên độ tín hiệu ở tần số này
2.2.5.Độ trải trễ.
Lượng thời gian trải trong khi các tín hiệu trong môi trường truyền tín hiệu có
nhiều vật cản tới đầu thu. Khi ta có giá trị ước lượng độ trải trễ của kênh thông tin, ta
có thể xác định được tốc độ ký tự tối đa có thể đạt được trong khi bảo đảm nhiễu ISI
vẫn ở mức độ cho phép.
Đối với truyền dẫn truyền tín hiệu vô tuyến, mỗi ký tự tương ứng với nhiều
sóng mang con băng nhỏ truyền dẫn song song. Nếu thời gian ký tự nhỏ hơn độ trải
trễ, hai ký tự kề nhau sẽ chồng chập nhau tại đầu thu. Điều này gây nhiễu xuyên ký tự
ISI. Các phương thức điều chế bậc cao hơn như 16-QAM, 256-QAM v.v... có hiệu
suất sử dụng phổ cao hơn, nhạy hơn nhiều đối với nhiễu ISI và như vậy độ trải trễ phải
ít hơn nhiều so với khoảng thời gian ký tự.
2.2.6.Độ dịch Doppler.
Trong trường hợp trạm phát và trạm thu có sự di chuyển so với nhau, tần số thu
được của sóng mang sẽ khác với tần số sóng mang fc được truyền. Khi một trạm di
động di chuyển với vận tốc không đổi v tạo thành một góc  đối với phương của tín
hiệu tới. Tín hiệu thu được s(t) có thể viết như sau:
 
 
 
t
f
f
j
A
t
s D
C 
 
2
exp
Re
)
( (5)
Trong đó: A là biên độ; fC là tần số phát; fD độ dịch tần Doppler.
   



cos
cos
c
vf
v
f c
D 
 (6)
do vậy tần số thu được là: D
C
r f
f
f 
 (7)
10m
8m
17m
Phát
Đường1
Đường2
Thu
Mặt phản xạ
Hình 2.3: Minh họa fading lựa chọn tần số [8].

32. 30
Độ dịch Doppler lớn nhất fm được cho bởi:
c
vf
f c
m  (8)
Trong môi trường thực tế, tín hiệu thu được đến từ nhiều đường phản xạ có
khoảng cách khác nhau và góc đến khác nhau. Vì vậy, khi phát một sóng sin có thêm
độ dịch Doppler, khi thu sẽ có phổ mở rộng từ )
/
1
( c
v
fC  và )
/
1
( c
v
fC  , được gọi là
phổ Doppler. Khi tất cả các hướng di chuyển của trạm di động hoặc tất cả các góc tới
được giả sử là có xác suất bằng nhau, thì mật độ phổ công suất của tín hiệu thu được
cho bởi:
2
1
1
2
)
(







 


m
c
m
f
f
f
f
K
f
S

K là hằng số (9)
2.3. Thông số tán xạ thời gian [2, 8].
Để phân biệt,so sánh tính chất của các kênh truyền dẫn trong môi trường truyền
tín hiệu có nhiều vật cản ,người ta sử dụng các thông số tán xạ thời gian như độ trễ
trung bình vượt mức, trễ hiệu dụng và trễ vượt mức. Các thông số này có thể được tính
từ đặc tính công suất truyền tới bộ thu của các thành phần trong môi trường truyền tín
hiệu có nhiều vật cản. là khoảng thời gian chênh lệch giữa tia sóng đang xét với thành
phần đến bộ thu đầu tiên. Tính chất tán xạ thời gian của kênh truyền dẫn trong môi
trường truyền tín hiệu có nhiều vật cản dải rộng được thể hiện qua thông số  ,và 
 .
 được định nghĩa là thời điểm cấp một của độ trể:






k
k
k
k
k
k
k
k
k
k
P
P
a
a
)
(
)
(
2
2




 (10)
ak, )
( k
P  : biên độ,công suất thành phần thứ k của tín hiệu đa đường.

 : là căn bậc hai của thời điểm trung tâm cấp hai của độ trể:
 2
2


 
 (11)
với






k
k
k
k
k
k
k
k
k
k
P
P
a
a
)
(
)
(
2
2
2
2
2




 (12)

33. 31
2.4.Nhiễu AWGN [1, 2, 8].
Trong tất cả các hệ thống truyền dẫn đều tồn tại nhiễu. Các nguồn nhiễu chủ
yếu là nhiễu nền nhiệt, nhiễu điện từ các bộ khuếch đại bên thu, và nhiễu liên ô. Các
loại nhiễu này có thể gây ra nhiễu liên kí tự ISI, nhiễu liên sóng mang ICI và nhiễu liên điều
chế IMD. Nhiễu này làm giảm tỉ số tín hiệu trên nhiễu SNR, giảm hiệu quả phổ của hệ
thống. Do đó, trong thực tế là tùy thuộc vào từng loại ứng dụng, mức nhiễu và hiệu quả phổ
của hệ thống phải được lựa chọn.
Nhiễu trong các hệ thống có thể được mô phỏng một cách chính xác bằng nhiễu trắng
cộng. Hay nói cách khác tạp âm trắng Gaussian là loại nhiễu phổ biến nhất trong hệ
thống truyền dẫn. Loại nhiễu này có mật độ phổ công suất là đồng đều trong cả băng
thông và biên độ tuân theo phân bố Gaussian. Theo phương thức tác động thì nhiễu
Gaussian là nhiễu cộng. Vậy dạng kênh truyền phổ biến là kênh truyền chịu tác động
của nhiễu Gaussian trắng cộng.
Nhiễu nhiệt (sinh ra do sự chuyển động nhiệt của các hạt tải điện gây ra) là loại
nhiễu tiêu biểu cho nhiễu Gaussian trắng cộng tác động đến kênh truyền dẫn. Đặc biệt,
trong hệ thống truyền tín hiệu vô tuyến, khi số sóng mang phụ là rất lớn thì hầu hết các
thành phần nhiễu khác cũng có thể được coi là nhiễu Gaussian trắng cộng tác động
trên từng kênh con vì xét trên từng kênh con riêng lẻ thì đặc điểm của các loại nhiễu
này thỏa mãn các điều kiện của nhiễu Gaussian trắng cộng.
Hình 2.4: Phân bố xác suất Gauss 2 biến [8].
2.5.Nhiễu liên ký tự ISI [1, 2, 8].
Hai loại nhiễu thường gặp nhất do ảnh hưởng của kênh truyền ngoài nhiễu
Gaussian trắng cộng là nhiễu ISI và ICI. Như trên đã được trình bày, ISI gây ra do trải
trễ đa đường. Để giảm ISI, cách tốt nhất là giảm tốc độ dữ liệu. Nhưng hiện nay với
nhu cầu ngày càng cao của người sử dụng luôn đòi hỏi tốc độ truyền phải tăng càng
nhanh càng tốt. Vì vậy phương án kỹ thuật này là không thể thực hiện được. Phương
án được đề nghị đưa ra để giảm ISI và đã được đưa vào ứng dụng thực tế là chèn tiền
tố lặp CP vào mỗi ký tự truyền tín hiệu vô tuyến. Nhiễu ISI, nhiễu ICI tác động không
nhỏ đến chất lượng tín hiệu thu được, nên việc tìm hiểu nó cũng rất quan trọng để nâng
Tải bản FULL (60 trang): https://bit.ly/3x6RdlL
Dự phòng: fb.com/TaiHo123doc.net

34. 32
cao chất lượng của hệ thống truyền tín hiệu vô tuyến. Trong môi trường truyền tín hiệu
có nhiều vật cản, ký tự phát đến đầu vào máy thu với các khoảng thời gian khác nhau
thông qua nhiều đường khác nhau. Sự mở rộng của chu kỳ ký tự gây ra sự chồng lấn
giữa ký tự hiện thời với ký tự trước đó và kết quả là có nhiễu liên ký tự (ISI). Trong
truyền tín hiệu vô tuyến, ISI thường đề cập đến nhiễu của một ký tự truyền tín hiệu vô
tuyến với ký tự trước đó. Trong hệ thống truyền tín hiệu vô tuyến, để giảm được nhiễu
ISI, phương pháp đơn giản và thông dụng nhất là đưa vào tiền tố lặp CP.
2.6.Nhiễu liên sóng mang ICI [1, 2, 8].
Trong truyền tín hiệu vô tuyến, phổ của các sóng mang chồng lấn nhưng vẫn
trực giao với sóng mang khác. Điều này có nghĩa là tại tần số cực đại của phổ mỗi
sóng mang thì phổ của các sóng mang khác bằng không. Máy thu lấy mẫu các ký tự dữ
liệu trên các sóng mang riêng lẻ tại điểm cực đại và điều chế chúng tránh nhiễu từ các
sóng mang khác. Nhiễu gây ra bởi các dữ liệu trên sóng mang kế cận được xem là
nhiễu xuyên kênh (ICI) như ở hình (2.5).
ICI xảy ra khi kênh đa đường thay đổi trên thời gian ký tự truyền tín hiệu vô
tuyến. Dịch Doppler trên mỗi thành phần đa đường gây ra dịch tần số trên mỗi sóng
mang, kết quả là mất tính trực giao giữa chúng. ICI cũng xảy ra khi một ký tự truyền
tín hiệu vô tuyến bị nhiễu ISI. Sự lệch tần số sóng mang của máy phát và máy thu
cũng gây ra nhiễu ICI trong hệ thống truyền tín hiệu vô tuyến.
f
fn-1 fn fn+
1
A(f)
Δf
δf=0
f
A(f)
fn-1+ δf fn+ δf
+
fn+1+ δf
Δf
δf ≠ 0
Hình 2.5: Lỗi dịch tần số gây nhiễu ICI trong hệ thống truyền tín hiệu vô tuyến [8].
2.7.Các mô hình kênh cơ bản [1, 2, 3, 8].
2.7.1.Kênh theo phân bố Rayleigh.
Hàm truyền đạt của kênh thực chất là một quá trình xác suất phụ thuộc cả thời
gian và tần số. Biên độ hàm truyền đạt của kênh tại một tần số nhất định sẽ tuân theo
phân bố Rayleigh nếu các điều kiện dưới đây của môi trường truyền dẫn được thõa
mãn:
+ Môi trường truyền dẫn không có tuyến trong tầm nhìn thẳng, có nghĩa là không có
tuyến có công suất tín hiệu vượt trội.
Tải bản FULL (60 trang): https://bit.ly/3x6RdlL
Dự phòng: fb.com/TaiHo123doc.net

35. 33
+ Tín hiệu ở máy thu nhận được từ vô số các hướng phản xạ và nhiễu xạ khác nhau.
.
Hình 2.6: Phân bố xác suất Rayleigh trong không gian [8].
Hàm mật độ xác suất của kênh phân bố Rayleigh:
)
(r
f y
=








0
,
0
0
,
2
2
2
2
r
r
e
r R
r
R

 (13)
2.7.2.Kênh theo phân bố Rice.
Trong trường hợp fading Rayleigh, không có thành phần tín hiệu đến trực tiếp
máy thu mà không bị phản xạ hay tán xạ (thành phần light-of-sight) với công suất vượt
trội. Khi có thành phần này, phân bố sẽ là Ricean. Trường hợp này, các thành phần
trong môi trường truyền sóng có nhiều vật cản ngẫu nhiên đến bộ thu với những góc
khác nhau được xếp chồng lên tín hiệu light-of-sight. Tại ngõ ra của bộ tách đường
bao, điều này có ảnh hưởng như là được cộng thêm thành phần trong môi trường
truyền sóng có nhiều vật cản ngẫu nhiên. Giống như trong trường hợp dò sóng sin
trong khi bị nhiễu nhiệt, ảnh hưởng của tín hiệu light-of-sight (có công suất vượt trội)
đến bộ thu cùng với các tín hiệu đa đường (có công suất yếu hơn) sẽ làm cho phân bố
Ricean rõ rệt hơn. Khi thành phần light-of-sight bị suy yếu, tín hiệu tổng hợp trông
giống như nhiễu có đường bao theo phân bố Rayleigh. Vì vậy, phân bố bị trở thành
phân bố Rayleigh trong trường hợp thành phần light-of-sight mất đi.
Hàm mật độ phân bố xác suất của phân bố Ricean:

















0
0
)
0
,
0
(
)
( 2
0
2
)
(
2
2
2
2
r
r
A
Ar
I
e
r
r
p
A
r



(14)
A: Biên độ đỉnh của thành phần light-of-sight.
6812210