Thông tin tài liệu
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG - - BÁO CÁO BTL: THƠNG TIN VỆ TINH Giáo viên mơn học: Thầy Lâm Hồng Thạch Lớp: SIE-LUH16 Nhóm sinh viên thực hiện: Nhóm 1 Trần Đức Phương 2017596 Hoàng Trung Đức 20175962 Nguyễn Ngọc Tiến Nguyễn Tiến Toàn 2017595 2017593 Hoàng Tuấn Dương 2017593 Mục Lục Phân công công việc : Chương + : Hoàng Trung Đức Chương : Hoàng Tuấn Dương Chương : Trần Đức Phương Chương : Nguyễn Ngọc Tiến Chương + : Nguyễn Tiến Tồn Chương 8: Cả nhóm CHƯƠNG Hệ thống thông tin vệ tinh Khái niệm hệ thống thông tin vệ tinh Vệ tinh: vật thể người làm bay xung quanh Trái - Đất, cân hai lực đối ngược lực ly tâm lực hút Trái Đất Hệ thống thông tin vệ tinh: hệ thống truyền nhận thông - tin khác thoại, liệu, hình ảnh điểm, vùng mặt đất cách gián tiếp qua vệ tinh Sơ lược lịch sử phát triển 10/1957: Liên Bang Xơ Viết nước phóng thành công vệ - tinh nhân tạo Sputnik Mở kỷ nguyên sử dụng không gian vũ trụ phục vụ người 14/8/2008: VINASAT1 vệ tinh viễn thông địa tĩnh - Việt Nam phóng VINASAT2 phóng vào ngày 16/5/2012 Đặc điểm TTVT (ưu, nhược điểm) Ưu điểm : - + Phủ sóng rộng, khoảng 40% bề mặt TĐ + Làm việc ổn định 24/7 + Đa truy nhập + Truyền tín hiệu tồn Trái Đất + Băng thơng rộng - Nhược điểm : + Giới hạn quỹ đạo (VD: quỹ đạo địa tĩnh) + Trễ lớn, suy hao truyền sóng lớn CHƯƠNG Quỹ đạo vệ tinh Một số khái niệm thuật ngữ - Quỹ đạo vệ tinh: hành trình khơng gian mà vệ tinh - bay hết vòng xung quanh Trái Đất Chu kỳ bay: thời gian mà vệ tinh bay hết vòng xung quanh - Trái Đất Mặt phẳng quỹ đạo: mặt phẳng chứa quỹ đạo vệ tinh Góc ngẩng (Elevation): Là góc đường nối từ Vệ tinh đến trạm - mặt đất hình chiếu mp tiếp tuyến Góc phương vị (Azimuth): góc hợp hình chiếu vệ tinh mặt phẳng nằm ngang đường hướng lên cực Bắc Trái Đất Cơ sở xây dựng quỹ đạo vệ tinh - Dựa vào định luật Newton định luật Kepler 2.1 Ba định luật Newton a) Định luật Newton thứ 1: “Mọi vật giữ nguyên trạng thái nghỉ chuyển động thẳng lực tác động F = b) Định luật Newton thứ 2: “Đạo hàm động lượng chất điểm theo thời gian tỉ lệ với lực tác dụng.” c) Định luật Newton thứ 3: “Trong trường hợp, vật A tác dụng lên vật B lực, vật B tác dụng lại vật A lực Hai lực có giá trị, độ lớn, ngược chiều.” 2.2 Ba định luật Kepler a) Định luật Kepler thứ 1: “Vệ tinh bay xung quanh Trái Đất theo quỹ đạo Elip nhận Trái Đất tiêu điểm elip.” Biểu thức: Độ lệch tâm e xác - định: Trong đó: +) a bán trục lớn (trục chính) elip +) b bán trục bé (trục phụ) elip b) Định luật Kepler thứ 2: “Vệ tinh chuyển động theo quỹ đạo với vận tốc thay đổi cho đường nối từ vệ tinh tới tâm Trái Đất qt vùng có diện tích khoảng thời gian nhau.” Với c) Định luật Kepler thứ 3: “Bình phương chu kỳ quỹ đạo vệ tinh tỉ lệ thuận với lũy thừa bậc ba bán trục lớn quỹ đạo Elip.” Một số dạng quỹ đạo vệ tinh 3.1 Quỹ đạo địa tĩnh - Quỹ đạo thỏa mãn điều kiện sau: Là quỹ đạo tròn, Mặt phẳng quỹ đạo vệ tinh nằm mặt phẳng - xích đạo Trái Đất Bán kính quỹ đạo: xấp xỉ 42164 km, độ cao vệ tinh: 35786 - km Chu kỳ bay vệ tinh chu kỳ quay Trái đất Ưu điểm: Đảm bảo cho thông tin ổn định liên tục suốt 24/24 Vùng phủ sóng vệ tinh lớn Các trạm mặt đất xa liên lạc trực tiếp Hệ thống gồm vệ - tinh phủ sóng gần hết trái đất Nhược điểm: Thiết bị thường có giá thành cao Khơng phủ sóng vùng có vĩ độ cao 81,3 độ Tính bảo mật khơng cao Suy hao truyền sóng lớn 3.2 Quỹ đạo phi địa tĩnh - Quỹ đạo thỏa mãn điều kiện sau: Vệ tinh chuyển động liên tục so với mặt đất chu kỳ quanh khác - với chu kỳ quanh Trái Đất Mặt phẳng quỹ đạo nghiêng 63 độ 26 phút so với mặt phẳng xích đạo Ưu điểm: Có thể phủ sóng vùng có vĩ độ cao 81,3 độ, kể - chỏm cầu Nhược điểm: Mỗi trạm phải có anten Để đảm bảo liên tục 24/7 cần nhiều vệ tinh Bài tập Phần I: Quỹ đạo trịn - Tính diện tích vùng phủ sóng vệ tinh địa tĩnh Phương pháp: Kẻ tiếp tuyến từ vệ tinh đến bề mặt TĐ, từ chân ta vùng phủ sóng Với giá trị a = Bán kính TĐ = 6378 km, r = 42164 km - + Góc φ = = (Vĩ độ cao mà VTĐT phủ sóng được) + Tính + Diện tích bề mặt Trái Đất S: + Diện tích chỏm cầu S’: Vậy % diện tích phủ sóng vệ tinh địa tĩnh tới bề mặt TĐ: - = - Tính vận tốc chuyển động (vận tốc dài) VT địa tĩnh Phương pháp: Dựa vào tốc độ góc Trái đất Vệ tinh độ cao h = 42164km , BK trái đất a = 6378km + Do VTĐT đứng yên so với Trái đất: ⇒ Tốc độ góc VTĐT = Tốc độ góc Trái đất ⇒= + Coi quỹ đạo vệ tinh đường tròn có tâm Trái đất: ⇒ 42164 + 6378 = 48542.m) ⇒ Tốc độ dài: V = = 3530 (m/s) a) Tính khoảng cách Từ vệ tinh địa tĩnh VINASAT-1 (132°E) đến trạm mặt đất Hà Nội (21°N, 106°E), HCM (10°N, 106°E) Phương pháp: Áp dụng công thức - ⇒ = 36975,4 km ⇒ = 36639 km Tính khoảng cách xa mà VTĐT phủ sóng - Phương pháp: Là đường thẳng từ vệ tinh đến vị trí tiếp tuyến với bề mặt Trái đất Khi ta tam giác vng b) Tính góc ngẩng anten trạm mặt đất Hà Nội (21°N, 106°E) đến vệ tinh địa tĩnh VINASAT-1 Góc ngẩng θ: Là góc đường nối từ Vệ tinh đến trạm mặt đất - hình chiếu mp tiếp tuyến Phương pháp: Áp dụng công thức - ⇒ sinφ = = 0,620 ⇒θ = 51,68° Tính thời gian trễ tín hiệu Từ trạm mặt đất HN lên vệ tinh VINASAT-1: T= Từ trạm mặt đất HN qua truyền hình vệ tinh từ HCM c) T = = 0,245(s) Tính thời gian trễ ngắn trạm mặt đất vệ tinh = 0,239(s) Phần II: Quỹ đạo Elip - Tính chu kỳ quỹ đạo vệ tinh phi ĐT Phương pháp: Dựa vào công thức đinh luật Kepler thứ 10 + Quan sát tài nguyên mặt đất: LANDSAT (US), SPOT (FRANCE), IKONOS, QUICKBIRD + Quan sát tài nguyên biển: MOS (JAPAN), MODIS(AUSTRALIA) - Quỹ đạo đồng mặt trời - Độ phân giải khơng gian trung bình cao - Độ phân giải thời gian trung bình, điều khiển từ trạm mặt đất - Dải quét bao phủ gần toàn trái đất Link tìm hiểu thêm ( Thơng tin chi tiết vệ tinh viễn thám: LANDSAT, GOES, NOAA, MOS,….) https://www.slideshare.net/ttungbmt/4-ve-tinh-vien-tham https://www.slideshare.net/bien14/phan-2-chuong-6-vien-tham-ve-tinh Hệ thống định vị toàn cầu a Hệ thống định vị toàn cầu GPS ( US ) Hệ thống Định vị Toàn cầu (tiếng Anh: Global Positioning System - GPS) hệ thống xác định vị trí dựa vị trí vệ tinh nhân tạo, Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ thiết kế, xây dựng, vận hành quản lý Trong thời điểm, tọa độ điểm mặt đất xác định xác định khoảng cách từ điểm đến ba vệ tinh GPS gồm phần chính: phần khơng gian, kiểm sốt sử dụng Khơng qn Hoa Kỳ phát triển, bảo trì vận hành phần khơng gian kiểm sốt Các vệ tinh GPS truyền tín hiệu từ khơng gian, máy thu GPS sử dụng tín hiệu để tính tốn vị trí khơng gian chiều (kinh độ, vĩ độ độ cao) thời gian 42 Hình 7.3 Hình ảnh vệ tinh GPS Hình 7.4 Ngun lý xác định vị trí GPS Link tìm hiểu thêm hệ thống GLONASS https://ungdungmoi.edu.vn/nguyen-ly-hoat-dong-cua-thongdinh-vi-toan-cau-gps.html https://vi.wikipedia.org/wiki/H%E1%BB%87_th%E1%BB %91ng_%C4%90%E1%BB%8Bnh_v%E1%BB%8B_To %C3%A0n_c%E1%BA%A7u b Hệ thống định vị toàn cầu GLONASS ( NGA ) 43 GLONASS (Globalnaya Navigatsionnaya Sputnikovaya Sistema) hệ thống định vị vệ tinh Nga phát triển tương tự GPS hệ thống định vị toàn cầu dựa vệ tinh quay quanh trái đất không gian, chúng cung cấp cho dịch vụ như: định vị, dẫn đường, xác định thời gian cách xác đáng tin cậy, tất sử dụng miễn phí cho tất người tồn giới Nói đến GPS hệ thống định vị đến từ Mỹ, GLONASS hệ thống định vị sản xuất quân đội Nga, tất công nghệ chức hoạt động chúng giống y hệt Hình 7.5 Vệ tinh GLONASS Link tìm hiểu thêm hệ thống GLONASS https://tracdiatap.com/p/glonass-la-gi-gnss-glonass-maytrac-dia c Hệ thống định vị toàn cầu GALILEO ( EU) 44 Hệ thống định vị Galileo hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu (GNSS) xây dựng Liên minh châu Âu phối hợp với Cơ quan Vũ trụ châu Âu Hệ thống phát triển từ năm 2000 hoàn thành vào năm 2010 Hệ thống thiết kế gồm 30 vệ tinh, 27 vệ tinh hoạt động liên tục bao phủ tồn tín hiệu Trái Đất Galileo khác với GPS Hoa Kỳ GLONASS Liên bang Nga chỗ hệ thống định vị điều hành quản lý tổ chức dân dụng, phi quân Hệ thống định vị Galileo đặt theo tên nhà thiên văn học người Ý Galileo Galilei nhằm tưởng nhớ đóng góp ơng Link tìm hiểu thêm hệ thống GALILEO https://ungdungmoi.edu.vn/he-thong-dinh-vi-geolileo.html d Hệ thống định vị toàn cầu BEIDOU ( Trung Quốc ) Tên tiếng anh gọi BeiDou Navigation Satellite System viết tắt BDS, hay gọi hệ thống định vị vệ tinh vệ tinh toàn cầu BEIDOU giống hệ thống định vị khác GNSS, chúng giúp người sử dụng có độ tin cậy độ xác cao Hệ thống định vị BEIDOU đời phát triển Trung Quốc, đời BEIDOU giúp ngành công nghệ kỹ thuật Trung Quốc bước lên tầm phát triển cực mạnh 45 công dung BEIDOU mang lại hữu ích đến sống Hình 7.6 Vệ tinh BEIDOU Link tìm hiểu thêm hệ thống BEIDOU https://tracdiatap.com/p/he-thong-dinh-vi-toan-cau-beidou Hệ thống thông tin di động vệ tinh GSM Hình 7.6 Ví dụ tổng quan hệ thống thông tin di động 46 Hệ thống thông tin di động toàn cầu (Global System for Mobile Communications; viết tắt GSM) công nghệ dùng cho mạng thông tin di động Dịch vụ GSM sử dụng tỷ người 212 quốc gia vùng lãnh thổ Các mạng thông tin di động GSM cho phép roaming với máy điện thoại di động GSM mạng GSM khác sử dụng nhiều nơi giới Các mạng điện thoại GSM sử dụng công nghệ TDMA (Time Division Multiple Access), công nghệ cho phép máy di động sử dụng chung kênh để đàm thoại, máy dùng 1/8 khe thời gian để truyền nhận thông tin Khác với mạng GSM, mạng Sphone, HTL,… sử dụng công nghệ CDMA Mạng thông tin di động công cộng mặt đất PLMN (Public Land Mobile Network) theo chuẩn GSM chia thành phân hệ sau: Trạm di động MS (Mobile Station) Phân hệ trạm gốc BSS (Base Station Subsystem) Phân hệ chuyển mạch SS (Switching Subsystem) Phân hệ khai thác hỗ trợ (Operation and Support Subsystem) Link tìm hiểu thêm (Thành phần hệ thống, đặc điểm ….) https://www.bkaii.com.vn/tin-tuc/303-he-thong-thong-tin-di-dong-toan-cau-mangdi-dong-gsm https://123docz.net/document/2492819-he-thong-thong-tin-di-dong-toan-caugsm.htm 47 Chương Mở rộng TÌM HIỂU HỆ THỐNG IP VSAT Tổng quan mạng VSAT – IP VSAT - IP hệ thống thơng tin vệ tinh băng rộng, có cấu trúc mạng hình sử dụng kỹ chuyển mạch gói băng rộng Hệ thống gồm thành phần bản: trạm cổng (Gateway), vệ tinh IPSTAR trạm thuê bao (User Terminal- UT) Các gói liệu từ trạm Gateway gửi tới trạm UT theo phương thức ghép phân chia thời gian (TDM) kết hợp với kỹ thuật ghép kênh trực giao phân chia theo tần số (OFDM) (hướng TOLL) Hướng ngược lại từ UT đến Gateway, kênh tốc độ thấp sử dụng phương pháp truyền dẫn kết hợp kỹ thuật đa truy nhập dựa nhu cầu sử dụng khách hàng, kiểu truy nhập ALOHA sử dụng để điều khiển lưu lượng, Slotted ALOHA, TDMA truy nhập truyền tải liệu (hướng STAR) 48 Hình 8.1 Mạng VSAT –IP Cấu trúc hệ thống VSAT IP Hệ thống VSAT IP gồm thành phần bản: trạm cổng (Gateway), vệ tinh iPSTAR trạm thuê bao (User Terminal-UT) Vệ tinh iPSTAR Vị trí quỹ đạo: 1200 E Số phát đáp : 112 Công suất : 14 KW Tuổi thọ hoạt động : 12 năm Dung lượng băng thông cho khách hàng sử dụng: 45 Gbps (25/20) cho tuyến lên tuyến xuống Dung lượng danh định tiêu chuẩn tính theo ăng-ten 1,2m Vùng phủ sóng vệ tinh iPSTAR ( hình 2.2) bao gồm búp phủ khu vực châu Á - Thái Bình Dương, có: + 84 búp phủ hẹp + búp phủ rộng + búp phủ quảng bá + 18 búp phủ hẹp băng Ka với dung lượng băng thông lớn + Sử dụng cơng nghệ vùng phủ sóng nhiều tia (spot beam) để tăng khả tái sử dụng tần số, cho phép mở rộng phổ tần làm việc, tăng dung lượng băng tần vệ tinh với mật độ cơng suất tín hiệu cao (EIRP=60 dbW) cho phép giảm kích thước ăng-ten trạm đầu cuối + Sử dụng băng tần Ka cho tuyến Gateway – UT (Forward Link) Truy nhập TDM-OFDM, tốc độ tới Mbps 49 + Sử dụng băng tần Ku cho tuyến UT – Gateway (Return Link) Truy nhập MF-TDMA, tốc độ tới Mbps + IPSTAR có spot beam bao phủ tồn lãnh thổ Việt Nam (Hình 2.3) 01 broadcast beam, hoạt động băng tần Ka Ku với dung lượng thiết kế khoảng Gbps (cho chiều lên, xuống) Vùng phủ sóng vệ tinh iPSTAR-1 Trạm cổng (Gateway) 3.1 Cấu hình trạm Gateway Sơ đồ chức Trạm Gateway bao gồm: Ăngten đường kính D = 8-11m cho trạm trạm dự phịng Khối thiết bị cao tần, bao gồm thiết bị máy phát HPA, Up converter, LNA; Down converter, khối điều khiển hoạt động trạm Gateway dự phịng thiết bị phụ trợ cao tần thu phát khác Khối thiết bị giao tiếp xử lý tín hiệu băng gốc 50 + Core router : Thực chức định tuyến gói tin IP thiết bị mạng mạng iPSTAR + TCPA : Tối ưu hóa tốc độ truyền dẫn TCP/IP thơng qua vệ tinh + FLP : Điều khiển, quản lý lớp dịch vụ (CoS), chất lượng dịch vụ (QoS) chức TCPA FLP lọc xắp sếp liệu theo thứ tự ưu tiên lớp dịch vụ trước gửi tới TI Bản tin cước từ TI SI hợp chuyển tới NMS server tính cước ` + TI : Xử lý liệu tuyến truyền dẫn Gateway-UT TI đóng gói data theo định dạng khung đặc biệt trước đưa tới Modem vệ tinh (Toll-Tx) + Toll-Tx : Nhận tín hiệu từ TI, sau lượng tử hóa, mã hóa TPC điều chế, ghép kênh OFDM data từ tất 16 kênh đưa tới hệ thống phát RF Hệ thống TI thông báo cho hệ thống Toll Tx thơng tin điều chế, mã hóa TPC data khe thời gian (time slot) + STAR Rx : Xử lý tín hiệu nhận từ UT thông qua vệ tinh, đồng thời tiến hành giải điều chế giải mã tín hiệu + SI : Xử lý tín hiệu nhận từ thu STAR-Rx, chuyển đổi liệu nhận thành gói IP chuyển tới Core Router Hệ thống quản lý mạng (NMS/RRM): Quản lý tài nguyên trạm Gateway cho phép người khai thác truy nhập điều khiển, bao gồm chức điều khiển truy nhập, quản lý tài nguyên, cấu hình, quản lý lỗi, khai thác giám sát hoạt động hệ thống, quản lý tài nguyên băng tần vệ tinh phân bổ dung lượng cho trạm UT 51 Acounting server/Call Record server nhận liệu từ NMS lưu trữ sở liệu nội để phục vụ cho mục đích tính cước Tuỳ thuộc vào ứng dụng cung cấp mà trạm Gateway trang bị thêm: + Các đường truyền kết nối băng rộng với mạng Internet, trụ sở khách hàng cho mục đích cung cấp người sử dụng đầu cuối truy cập mạng Internet băng rộng, mạng dùng riêng + Content Server, VoD Server : cho ứng dụng cung cấp thông tin, chương trình TV theo yêu cầu + CallManager Server: cho ứng dụng thoại, fax 52 Ưu, nhược điểm hệ thống iP STAR 4.1 Ưu điểm Vệ tinh: Sử dụng vùng phủ sóng có nhiều tia (spot beams), cho phép sử dụng tần số hiệu cách tái sử dụng lại tần số tạo băng thông lớn nhiều so với vệ tinh thông thường, đồng thời nâng cao cơng suất cho spot beam Ngồi ra, vệ tinh iPSTAR sử dụng kỹ thuật điều khiển công suất linh hoạt phù hợp với điều kiện thời tiết kỹ thuật không áp dụng cho vệ tinh thông thường Thiết bị mặt đất: Sử dụng kỹ thuật phân bổ đường truyền linh hoạt Dynamic Link Allocation (cho phép tự động điều chỉnh phương thức điều chế, mã hóa tăng ích để đảm bảo tính khả dụng cho trạm UT), cải thiện vấn đề suy hao mưa Tốc độ đường truyền cao Đa dịch vụ, đáp ứng nhu cầu thông tin đa dạng khách hàng Kích thước trạm đầu cuối nhỏ gọn (0.8m – 1.8m) Tính cước, giám sát mạng, nâng cấp phần mềm hoạt động thực từ trạm Gateway 4.2 Nhược điểm Nhược điểm thông tin vệ tinh chịu ảnh hưởng tác động thời tiết đặc biệt nhạy cảm băng tần Ka, Ku Thơng tin bị gián đoạn với lượng mưa >100mm/h Thiết bị iPSTAR sử dụng đa dạng kỹ thuật điều chế, mã hoá cho phép tự động phân bổ đường truyền linh hoạt công nghệ độc quyền, thực quản lý khai thác phần tử mạng 53 tập trung trạm Gateway thiết bị mặt đất phụ thuộc hoàn toàn vào nhà cung cấp thiết bị iPSTAR bao gồm trang thiết bị trạm Gateway UT CÁC DỊCH VỤ CỦA IP-VSAT Hệ thống VSAT - IP cho phép triển khai nhiều ứng dụng khác dựa giao thức IP, với mục tiêu cung cấp đường truyền băng rộng cho đối tượng khách hàng cá nhân, cơng sở, xí nghiệp, ISP 5.1 Dịch vụ truy nhập Internet băng rộng Hệ thống VSAT-IP cung cấp đường truyền băng rộng cho khách hàng với tốc độ Download tới Mbps, tốc độ Upload đạt tới Mbps Dựa đường truyền băng rộng cung cấp giải pháp mạng cho nhóm đối tượng khách hàng riêng Mơ hình dịch vụ truy nhập internet băng rộng 5.2 Dịch vụ thoại VoIP Fax Hệ thống VSAT-IP cung cấp dịch vụ thoại gồm thành phần 54 Voice gateway, CallManager thiết bị biến đổi IP-thoại analog (ATA) Mơ hình dịch vụ thoại VoIP fax Voice gateway thực chức giao tiếp mạng IP mạng PSTN CallManager thực chức điều khiển định tuyến gọi nội mạng liên mạng, thực chức lưu trữ thông tin chi tiết gọi phục vụ cho mục đích tính cước Thiết bị ATA cung cấp giao diện kết nối với máy điện thoại thông thường kết nối với tổng đài PBX Dịch vụ mạng riêng ảo (VPN) VSAT-IP cung cấp mạng riêng ảo theo mơ hình điểm-đa điểm Trạm Gateway kết nối với Router khách hàng thông qua kênh thuê riêng Các chi nhánh trao đổi thông tin với trụ sở qua phương 55 thức truy nhập vệ tinh chia sẻ băng thông (Slotted ALOHA, TDMA) Mơ hình dịch vụ mạng riêng ảo VPN 56 ... Hệ thống thông tin vệ tinh Khái niệm hệ thống thông tin vệ tinh Vệ tinh: vật thể người làm bay xung quanh Trái - Đất, cân hai lực đối ngược lực ly tâm lực hút Trái Đất Hệ thống thông tin vệ tinh: ... 3: Cấu trúc hệ thống thơng tin vệ tinh Hình 3.1 Cấu trúc tổng quát hệ thống thông tin vệ tinh Một hệ thống thông tin bao gồm phần phần thu phần phát Tuy nhiên hệ thống thơng tin vệ tinh có thêm... kiện cần thiết cho vệ tinh quỹ đạo hoạt động bình thường hệ thống thơng tin vệ tinh bao gồm hệ con: - Hệ Hệ Hệ Hệ trì vị trí tư bay vệ tinh giám sát điều khiển cung cấp lượng thống điều hòa nhiệt
Ngày đăng: 03/08/2022, 15:39
Xem thêm:
