Hệ thống thông tin vệ tinh
Khái niệm cơ bản về hệ thống thông tin vệ tinh
- Vệ tinh: là những vật thể do con người làm ra bay xung quanh Trái Đất, luôn cân bằng bởi hai lực đối ngược nhau là lực ly tâm và lực hút của Trái Đất.
- Hệ thống thông tin vệ tinh: là hệ thống truyền và nhận các thông tin khác nhau như thoại, dữ liệu, hình ảnh giữa các điểm, các vùng trên mặt đất một cách gián tiếp qua vệ tinh.
Sơ lược về lịch sử phát triển
- 10/1957: Liên Bang Xô Viết là nước đầu tiên phóng thành công vệ tinh nhân tạo Sputnik Mở ra kỷ nguyên mới sử dụng không gian vũ trụ phục vụ con người.
- 14/8/2008: VINASAT1 là vệ tinh viễn thông địa tĩnh đầu tiên của Việt Nam được phóng VINASAT2 được phóng vào ngày 16/5/2012.
Đặc điểm của TTVT (ưu, nhược điểm)
- Ưu điểm :+ Phủ sóng rất rộng, khoảng 40% bề mặt TĐ.
+ Truyền tín hiệu trên toàn Trái Đất.
- Nhược điểm :+ Giới hạn quỹ đạo (VD: quỹ đạo địa tĩnh).
+ Trễ lớn, suy hao truyền sóng lớn.
Quỹ đạo vệ tinh
Một số khái niệm và thuật ngữ cơ bản
- Quỹ đạo của vệ tinh: là hành trình trong không gian mà vệ tinh bay hết một vòng xung quanh Trái Đất.
- Chu kỳ bay: là thời gian mà vệ tinh bay hết một vòng xung quanh Trái Đất.
- Mặt phẳng quỹ đạo: mặt phẳng chứa quỹ đạo của vệ tinh.
- Góc ngẩng (Elevation): Là góc giữa đường nối từ Vệ tinh đến trạm mặt đất và hình chiếu của nó trên mp tiếp tuyến.
- Góc phương vị (Azimuth): góc hợp bởi hình chiếu của vệ tinh trên mặt phẳng nằm ngang và đường hướng lên cực Bắc Trái Đất.
Cơ sở xây dựng quỹ đạo vệ tinh
- Dựa vào 3 định luật Newton và 3 định luật Kepler.
2.1 Ba định luật Newton a) Định luật Newton thứ 1: “Mọi vật vẫn giữ nguyên trạng thái nghỉ và chuyển động thẳng đều nếu không có lực nào tác động hoặc F = 0.
∑ F=0 b) Định luật Newton thứ 2: “Đạo hàm của động lượng của chất điểm theo thời gian tỉ lệ với lực tác dụng.”
F=m d 2 r =mr d t 2 c) Định luật Newton thứ 3: “Trong mọi trường hợp, khi vật A tác dụng lên vật B một lực, thì vật B cũng tác dụng lại vật A một lực Hai lực này có cùng giá trị, cùng độ lớn, nhưng ngược chiều.”
2.2 Ba định luật của Kepler a) Định luật Kepler thứ 1: “Vệ tinh bay xung quanh Trái Đất theo quỹ đạo Elip
- Biểu thức: Độ lệch tâm e được xác định: e=√ a 2 − b 2 a
+) a là bán trục lớn (trục chính) của elip. +) b là bán trục bé (trục phụ) của elip. b) Định luật Kepler thứ 2: “Vệ tinh chuyển động theo một quỹ đạo với vận tốc thay đổi sao cho đường nối từ vệ tinh tới tâm Trái Đất quét những vùng có diện tích bằng nhau trong những khoảng thời gian bằng nhau.”
Với T 1 =T 2 thì S 1 =S 2 c) Định luật Kepler thứ 3: “Bình phương của chu kỳ quỹ đạo vệ tinh tỉ lệ thuận với lũy thừa bậc ba của bán trục lớn của quỹ đạo Elip.”
Một số dạng quỹ đạo vệ tinh
Quỹ đạo thỏa mãn các điều kiện sau:
- Là quỹ đạo tròn, Mặt phẳng quỹ đạo vệ tinh nằm trong mặt phẳng xích đạo của Trái Đất.
- Bán kính quỹ đạo: xấp xỉ 42164 km, độ cao của vệ tinh: 35786 km.
- Chu kỳ bay của vệ tinh bằng chu kỳ quay của Trái đất.
- Đảm bảo cho thông tin ổn định và liên tục suốt 24/24.
- Vùng phủ sóng của vệ tinh rất lớn.
- Các trạm mặt đất ở xa có thể liên lạc trực tiếp Hệ thống gồm 3 vệ tinh có thể phủ sóng gần hết trái đất.
- Thiết bị thường có giá thành cao.
- Không phủ sóng được những vùng có vĩ độ cao hơn 81,3 độ.
- Tính bảo mật không cao Suy hao truyền sóng lớn.
3.2 Quỹ đạo phi địa tĩnh
Quỹ đạo thỏa mãn các điều kiện sau:
- Vệ tinh chuyển động liên tục so với mặt đất và chu kỳ quanh khác với chu kỳ quanh của Trái Đất.
- Mặt phẳng quỹ đạo nghiêng 63 độ 26 phút so với mặt phẳng xích đạo.
Ưu điểm: Có thể phủ sóng các vùng có vĩ độ cao hơn 81,3 độ, kể cả 2 chỏm cầu.
- Mỗi trạm phải có ít nhất 2 anten.
- Để đảm bảo liên tục trong 24/7 thì cần nhiều vệ tinh.
Bài tập
1 Tính diện tích vùng phủ sóng của vệ tinh địa tĩnh.
- Phương pháp: Kẻ 2 tiếp tuyến từ vệ tinh đến bề mặt TĐ, từ chân t 2 ta được vùng phủ sóng.
- Với giá trị a = Bán kính TĐ = 6378 km, r = 42164 km
+ Góc φ =arccos a r = 81,3 o (Vĩ độ cao nhất mà VTĐT phủ sóng được) + Tính h 1 =cosφ a≈φ a≈ 965 km⇒ h=a−h 1
+ Diện tích bề mặt Trái Đất S: sφ a≈=4 π a 2
- Vậy % diện tích phủ sóng của vệ tinh địa tĩnh tới bề mặt TĐ:
2 Tính vận tốc chuyển động (vận tốc dài) của 1 VT địa tĩnh.
- Phương pháp: Dựa vào tốc độ góc Trái đất.
- Vệ tinh ở 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 là đường tròn có tâm của Trái đất:
42164 + 6378 = 48542 10 3 ¿ m) Tốc độ dài: V = R quỹ đạo = 3530 (m/s)
Từ vệ tinh địa tĩnh VINASAT-1 (132°E) đến trạm mặt đất tại Hà Nội (21°N, 106°E), HCM (10°N, 106°E).
- Phương pháp: Áp dụng công thức. d= √
Tính khoảng cách xa nhất mà VTĐT có thể phủ sóng
- Phương pháp: Là đường thẳng từ vệ tinh đến vị trí tiếp tuyến với bề mặt Trái đất Khi đó ta được 1 tam giác vuông.
R max = √ 42164 2 −6378 2 ≈ 41679(km) b) Tính góc ngẩng của anten trạm mặt đất tại Hà Nội (21°N, 106°E) đến vệ tinh địa tĩnh VINASAT-1.
- Góc ngẩng θ: Là góc giữa đường nối từ Vệ tinh đến trạm mặt đất và hình chiếu của nó trên mp tiếp tuyến.
- Phương pháp: Áp dụng công thức. cos φ=cosφ a≈l cosφ a≈L=cos21 ° cos (106 °−132°)=0,839 sinφ = √1−¿¿¿ cos θ sφ a≈inφφ
⇒θ = 51,68° c) Tính thời gian trễ tín hiệu
Từ trạm mặt đất HN lên vệ tinh VINASAT-1:
Từ trạm mặt đất HN qua truyền hình vệ tinh từ HCM.
T = d HCM ( km ) +d HN (km)=36639+36975 = 0,245(s) c(km) 30000
Tính thời gian trễ ngắn nhất giữa trạm mặt đất và vệ tinh
Phần II: Quỹ đạo Elip
4 Tính chu kỳ quỹ đạo của vệ tinh phi ĐT
- Phương pháp: Dựa vào công thức đinh luật Kepler thứ 3.
+) a là bán kính trục lớn tính từ tâm Trái Đất đến vệ tinh.
+) à là hằng số Kepler: à = 3,986005ì10 14 m 3 /sφ a≈ec 2
5 Xác định vị trí vệ tinh trên quỹ đạo tại thời điểm t, biết thời điểm vệ tinh qua cận điểm t p
- Vẽ đường tròn ( C , a ) ngoại tiếp với Elip
⇒ Độ dài cung PS = M = v g ( t−t p ) (rad) v g : Vậnφtốc gócTB củavệ tinφh , xác định theo đl 3 Kepler
- Xác định góc E: M = E – e.sin(E) (rad)
- Tọa độ vệ tinh: r o = a[1−e cos ( E )]; ɸ O =arccos [ a ( 1− e e r 2 0 ) −r 0 ] x 0 =r 0 cos ɸ 0 và y 0 =r 0 sin ɸ 0
1 VD1: Quỹ đạo hình elip
Cận điểm, độ cao hp = 1000km (khoảng cách từ bề mặt TĐ đến cận điểm) Viễn điểm, độ cao ha = 4000km
Xác định: - Chu kì vệ tinh.
Trong đó: r a ,r p là khoảng cách từ tâm trái đất đến viễn điểm và cực điểm.
- Từ hệ phương trình giải ra a = 8900 km, e = 0.17.
2 VD2: Một vệ tinh quỹ đạo elip với các thông số sau a = 22164km ; e = 0.02
Xác định vị trí của vệ tinh trên quỹ đạo sau 5 giờ khi đi qua cận điểm.
- Vì độ lệch tâm e =0.02 rất nhỏ suy ra coi như chuyển động tròn.
- Vận tốc góc trung bình vg = 2 T π = 1.913.10 −4 rad/s
- Độ dài cung PS = M = v g ( t−t p ) = v g (5×3600)= 3.4434 rad/s - Góc⇒ E : M = E – esin(E)
0 sin góc ɸ 0 phần = 6493 tư 5 thứ 2.
Cấu trúc hệ thống thông tin vệ tinh
Phần không gian
Phần không gian bao gồm vệ tinh cùng các thiết bị đặt trong vệ tinh để kiểm tra theo dõi và điều khiển hành trình của vệ tinh(cả hệ thống bám đo đạc và điều khiển).
Bản thân vệ tinh gồm 2 phần: Phần tải(Payload) và phần thân nền vệ tinh(Platform).Trong hệ thống thông tin vệ tinh, vệ tinh đóng vai trò như một trạm chuyển tiếp với chức năng của một trạm lặp (Repeater) Vệ tinh thu tín hiệu từ các trạm mặt đất phát, xử lý,biến đổi sang tần số khác và khuếch đại lên một công suất yêu cầu rồi phát lại xuống trạm mặt đất thu.
Phần tải bao gồm các hệ thống anten thu/phát và các thiết bị phục vụ cho việc truyền dẫn, xử lí tín hiệu qua vệ tinh.
Trong mỗi vệ tinh được đặt một số bộ phát đáp (transponder) để thu tín hiệu từ tuyến lên, biến đổi tần số, khuếch đại công suất và truyền trở lại trên tuyến xuống.
Tín hiệu được thu từ tuyến lên vào anten và qua lọc thông dải BPF (Band Pass Filter) sẽ tới bộ khuếch đại tạp âm thấp LNA Sau bộ LNA, tín hiệu đưa vào bộ hạ tần (trộn tần với bộ dao động nội LO - Local Oscillator ) để đổi cố định cho toàn băng tương ứng với băng tần tuyến xuống Đầu ra sẽ được lọc và được tiền khuếch đại công suất P.PA Sau đó tín hiệu tách ra tương ứng với băng thông mỗi bộ phát đáp khác nhau, trong đó sẽ thực hiện lọc, bù tổn hao và khuếch đại công suất tương ứng.
Hình 3.2 Sơ đồ khối chức năng của bộ phát đáp đơn giản
Chức năng của phân hệ thông tin:
Thu tín hiệu từ các trạm mặt đất.
Lọc, hạn chế tối đa nhiễu từ các hệ thống vô tuyến khác.
Khuếch đại sóng mang thu được trong khi hạn chế tối đa tạp âm và méo Cung cấp công suất đủ lớn trong băng tần xác định tại đầu vào anten phát của vệ tinh. Đổi dải tần tuyến lên thành tuyến xuống.
Bức xạ sóng mang trong băng tần xác định tới vùng phủ sóng của vệ tinh.
Không tham gia trực tiếp vào quá trình phát lặp của hệ thống thông tin vệ tinh,bao gồm các hệ thống phục vụ đảm bảo điều kiện hoạt động cho phần tải Phần nền có các hệ con như ổn định tư thế, vị trí vệ tinh, hệ thống giám sát, đo lường từ xa và điều khiển, hệ thống cung cấp và quản lý năng lượng, hệ thống điều hòa nhiệt, hệ đẩy và hệ thống khung vỏ.
Hệ thống đo lường điều khiển từ xa và bám vệ tinh
Là một hệ thống được xây dựng trên mặt đất thực hiện nhiệm vụ quản lý vệ tinh, đảm bảo các điều kiện cần thiết cho vệ tinh trên quỹ đạo hoạt động bình thường trong hệ thống thông tin vệ tinh bao gồm các hệ con:
- Hệ duy trì vị trí và tư thế bay của vệ tinh.
- Hệ giám sát và điều khiển.
- Hệ cung cấp năng lượng.
- Hệ thống điều hòa nhiệt.
Phần mặt đất
- Phần mặt đất bao gồm toàn bộ hệ thống trạm thu – phát mặt đất Khi muốn thiết lập đường liên lạc với 2 điểm trực tiếp với nhau trên Trái Đất thông qua trạm chuyển tiếp vệ tinh thông tin người ta phải thiết lập 2 trạm trên mặt đất Do đó có tên gọi là trạm thông tin vệ tinh SES làm chức năng phát tín hiệu lên vệ tinh và thu tín hiệu từ vệ tinh về.Sau đó thực hiện kết nối thông tin với mạng vệ tinh mặt đất.
Hình 3.3 Cấu trúc của 1 trạm mặt đất
Theo hướng lên, luồng thông tin của các mạng mặt đất được đưa tới trạm mặt đất thông qua giao diện kết nối mạng mặt đất Các luồng tín hiệu này sau đó được ghép kênh và định dạng lại, được điều chế bởi sóng mang trung tần Tín hiệu trung tần này được biến đổi tới sóng cao tần mong muốn.
Các sóng mang cao tần có thể phát đồng thời xác định theo nhóm băng tần 6Ghz, 14Ghz.
Các sóng mang cao tần tiếp tục được kết hợp thông qua bộ tổ hợp(Combiner) để thành tín hiệu băng rộng và được đi qua bộ khuếch đại công suất lớn(HPA) Tín hiệu băng rộng được đưa tới anten thông qua bộ phối hợp(Diplexer), cho phép anten thu và phát tín hiệu đồng thời.
Anten thực hiện đồng thời 2 chức năng thu và nhận tín hiệu nhưng ở các dải tần số khác nhau Băng C phát, 6Ghz thu 4Ghz, Băng Ku phát 14Ghz, thu 12 Ghz. Ở hướng xuống, tín hiệu băng rộng đi qua bộ khuếch đại tạp âm thấp (LNA) và đi tới bộ chia(divider), chia thành các sóng mang cao tần riêng rẽ Sau đó được biến đổi xuống trung tần đi tới bộ giải điều chế Tín hiệu sau bộ giải điều chế được đưa tới mạng mặt đất theo yêu cầu.
Thiết kế tuyến thông tin vệ tinh
Các tham số cơ bản của tuyến liên lạc thông tin vệ tinh
- Tuyến thông tin vệ tinh là sự truyền dẫn tín hiệu từ:
+ Trạm mặt đất tới vệ tinh.
+ Vệ tinh tới trạm mặt đất.
- Phương hướng bức xạ của anten
+ Nguyên lý: điện trường biến thiên theo thời gian gây ra từ trường biến thiên theo thời gian.
+ Phân cực sóng: có 3 loại là phân cực thẳng, phân cực tròn và phân cực elip , khi nói đến phân cực thì đó là phương và chiều véc tơ E và H thay đổi ntn trong quá trinh lan truyền
Trong đó: LTx, LRx là suy hao do feeder phát và thu;
L p(d) là suy hao truyền sóng;
G Tx , G Rx là tăng ích của anten phát trạm mặt đất và anten thu trên vệ tinh.
Công suất bức xạ đẳng hướng tương đương
- EIRP là công suất bức xạ đẳng hướng tương đương được angten phát ra, bao gồm cả ảnh hưởng từ thiết bị phát.
- Công suất bức xạ với một góc đặt của một anten phát vô hướng được cấp điện bởi một nguồn tần số vô tuyến, ký hiệu là P T Đối với hướng bức xạ có độ tăng ích là G T Tích số
P T G T là công suất bức xạ đẳng hướng tương đương, ký hiệu là EIRP (Equivalent Isotropic Radiated Power):
EIRP= P T +G T (dBW)=P T G T (W) cũng có thể được biểu thị dưới dạng đề-xi-ben:
EIRP = P Tx (dBw) – L Tx (dB) + G Tx (dBi)
Hệ số tăng ích của ăng ten G:
Trong đó: là hệ sô tăng ích của anten theo hướng là hiệu suất anten; là hệ số định hướng của anten theo
Góc tính trong mặt phẳng đứng và góc tính trong mặt phẳng ngang.
Với các anten sóng siêu cao, ví dụ anten parabol sử dụng trong thông tin vệ tinh thì độ tăng ích cực đại của anten có thể được xác định theo biểu thức:
: diện tích hiệu dụng của anten ( , D là đường kính anten)
Công suất tín hiệu thu được
P T : Công suất của trạm phát (W, dBW)
G T : Hệ số tăng ích trạm phát (dBi)
G R : Hệ số tăng ích trạm thu (dBi)
R : Khoảng cách truyền của anten (m) c : 3∗10 8 (m/s) f : Tần số tín hiệu (Hz)
L FS : Suy hao truyền sóng trong không gian tự do ( dB )
L FS (dB ),44+ 20 log 10 d (km)+20 log 10 f up (GHz )
Trong đó: f up là tần số hướng lên; d là khoảng cách từ trạm mặt đất tới vệ tinh
Khoảng cách từ trạm mặt đất tới vệ tinh là d= √ (R E +h) 2 +R E 2 −2 R E (R E +h)cos l E cos(L E −L S ) Với: I E là vĩ độ của trạm mặt đất;
L E là kinh độ của trạm mặt đất;
L S là kinh độ của vệ tinh; h là chiều cao tự trạm mặt đất tới vệ tinh, h5786 km;
R E là bán kính trung bình của Trái Đất, REc78 km
Ảnh hưởng của tầng khí quyển đến kênh truyền
4.2.1 Ảnh hưởng của tầng đối lưu
Nhiệt độ và áp suất giảm dần theo độ cao => chiết suất thay đổi
Có 2 nguyên nhân chính: + Hấp thụ do hạt nước (mưa).
+ Hấp thụ phân tử. a Hấp thụ do các hạt nước
1 Do tác động trường của sóng truyền lan, trong các hạt nước nhỏ có tính bán dẫn điện sẽ có dòng điện dịch Mật độ các dòng điện dịch có một giá trị tương đối nào đó. Mật độ dòng điện cũng tỉ lệ với tần số, do đó nó chỉ có giá trị đáng xem xét ở dải sóng siêu cao (sóng cm và mm) Chính sự tổn hao năng lượng trong các hạt nước đó gây nên sự hấp thụ năng lượng sóng truyền lan.
2 Sự xuất hiện dòng các hạt nước hoặc mây mù chính là nguyên nhân gây nên các dòng bức xạ khuếch tán hoặc bức xạ thứ cấp Trong thực thế sự khuếch tán như vậy tạo nên hiệu ứng hấp thụ theo phương truyền lan của sóng nhưng cũng chính sự khuếch tán đó lại là bức xạ thứ cấp theo phương truyền lan cần thiết. b Hấp thụ phần tử
Các sóng vô tuyến có bước sóng ngắn hơn 1.5 cm (f > 20 GHz) thì hấp thụ sóng còn do tác động trường của sóng đến các phân tử khí trong tầng đối lưu Các dạng hấp thụ đó được gọi là hấp thụ phần tử và được quan sát xem xét trong điều kiện trời trong, không mưa và không mây mù
Suy hao do mưa trong thông tin vệ tinh được tính như sau:
∝R(dBkm): là hệ số suy hao do mưa trên 1 km D RAIN (km): là cự ly chịu mưa trong tuyến lên → Xác định DRAIN
Từ mô hình ta có thể tính được
Trong đó e: Là góc ngẩng của anten ( độ ) D RAIN : Độ dài truyền sóng (m) h RAIN : Độ cao trần mây (m) phụ thuộc vào vị trí địa lý Ở nước ta h RAIN thường chọn 5km h anten : Độ cao của anten (m)
Tra biểu đồ theo CCIR
4.2.2 Ảnh hưởng của tầng điện li Đối với dải sóng cực ngắn và siêu cao thì tầng điện li được xem là trong suốt Ảnh hưởng rõ nét nhất của tầng điện li đối với kênh truyền thông tin vệ tinh là hiệu hứng Faraday , trễ tín hiệu , quay phân cực và quyết định băng tần thông tin vệ tinh
Giá trị quay Faraday kí hiệu là , được xác định bởi biểu thức:
2 Độ trễ nhóm, ký hiệu là T thường được xác định theo biểu thức: trong đó f tính theo Hz.
Tổng kết
Một số thành phần làm ảnh hưởng tới chất lượng tín hiệu trên tuyến thông tin vệ tinh:
Tên thành phần Ý nghĩa của thành phần
Nhiễu đồng kênh Nhiễu đồng kênh xảy ra khi Tín hiệu từ trạm mặt đất / vệ tinh trên cùng một tần số hoặc trên cùng một kênh. Khuếch đại công suất tín Bù vào phần suy hao tín hiệu do các thành phần khác hiệu gây nên
+ Sự thay đổi của nhiệt độ và áp suất tại các vị trí của Tầng đối lưu tầng đối lưu gây ra khúc xạ tín hiệu.
+ Độ ẩm gây ra suy hao tín hiệu (hơi nước mưa) Tầng điện ly (ion) Gây ra phản xạ tín hiệu nếu vượt quá góc tới hạn
Khoảng cách truyền Gây ra suy hao và trễ ở khoảng cách lớn
Công suất phát tín hiệu Bù vào phần suy hao tín hiệu do các thành phần khác gây nên
Bài tập
P T : Công suất của trạm phát (W, dBW)
G T : Hệ số tăng ích trạm phát (dBi)
2 Tìm mật độ thông lượng công suất ( Φ ):
P T : Công suất của trạm phát (W, dBW)
G T : Hệ số tăng ích trạm phát (dBi)
R : Khoảng cách truyền của anten (m)
3.Tìm phương hướng bức xạ anten (θ 3dB )
Trong đó : f : Tần số tín hiệu (Hz)
4.Tìm hệ số tăng ích của trạm phát và thu tín hiệu ( G T và G R )
Trong đó : f : tần số anten ( Hz ) c : 3∗10 8 ( m/s )
P T : Công suất của trạm phát (W, dBW)
G T : Hệ số tăng ích trạm phát (dBi)
G R : Hệ số tăng ích trạm thu (dBi)
R : Khoảng cách truyền của anten (m) c : 3∗10 8 (m/s) f : Tần số tín hiệu (Hz)
6 Tìm hệ số suy hoa do mưa:
Bước 1: Tính độ dài truyền sóng theo công thức
Trong đó e: Là góc ngẩng của anten ( độ )
D RAIN : Độ dài truyền sóng (m) h RAIN : Độ cao trần mây (m) h anten : Độ cao của anten (m)
Bước 2 : Xác định phân cực đứng hay phân cực ngang
Nối đường giữa lượng mưa và tần số đường lên để xác định hệ số suy hao trên 1 km
Bước 3: Tính tổng suy hao
Hệ số suy hao trên 1km * D RAIN
7 Tỉ số công suất sóng mang trên công suất tạp âm tại đầu vào máy thu trên vệ tinh
CN ( dB ) =P RX ( dBW ) −P N ( dBW )
P N : công suất tạp âm tại đầu vào máy thu trên vệ tinh (dBW)
P RX : công suất sóng mang tại đầu vào máy thu trên vệ tinh địa tinh (dBW)
GT =G RX (dBi)−10 log ( Te ) (K )
G RX : Hệ số tăng ích bên thu (dBi) Te : Nhiệt độ tạp âm ( độ K )
9 Tỉ số năng lượng bit trên mật độ công suất :
0 =P RX ( dBW ) + 228,6−10 log ( Rbit ) −10 log (Te)
P RX : công suất sóng mang tại đầu vào máy thu trên vệ tinh địa tinh (dBW)
Te : Nhiệt độ tạp âm ( độ K )
Rbit : tốc độ bit ( bit/s ) \
10 Bài tập tính toán tuyến
Tính a/ Công suất bức xạ đẳng hướng tương đương của trạm mặt đất b/ Công suất nhận P RX thu được tại máy thu vệ tinh c/ Tỉ sφ a≈ố cônφg sφ a≈uất sφ a≈ónφgmanφg trênφcônφg sφ a≈uất tạp âmtại đầu vàomáy thu vệ tinφh C
Tỉ sφ a≈ố cônφg sφ a≈uất sφ a≈ónφgmanφg trênφmật độcônφg sφ a≈uất tạp âm C
- Tần số lên f up = 14GHz
+ Công suất đầu ra máy phát trạm mặt đất P TX = 5W
+ Suy hao do cáp với anten phát T TX = 1dB
+ Vị trí trạm mặt đất (15 0 N, 106 o E)
+ Tốc độ bit : R = 16Mbits/s phương thức điều chết 4-QAM
+ Chiều cao ănten so với mực nước biển : hantenna= 100m
+ Vệ tinh địa tĩnh có tọa độ : 132 o E
+ Nhiệt độ tạp âm hệ thống thu trên vệ tinh : T = 900K
- Truyền phân cực tròn, tuyến lên chịu mưa với lượng mưa trung bình 54mm/h, bỏ qua tổn hao khác.
Bài làm a/ Công suất bức xạ đẳng hướng tương đương của trạm mặt đất.
Hệ số tăng ích anten phát G TX:
Công suất bức xạ đẳng hướng tương đương của trạm mặt đất là:
EIRP(dBW) = P TX (dBW) – L TX (dB) + G TX (dB) = 10log(5) - 1 + 50,64 = 56,64dBW b/ Công suất nhận PRX thu được tại máy thu vệ tinh.
Cự ly thông tin từ mặt đất tới vệ tinh là: d = √ (ℜ+h) 2 + ℜ 2 −2 ℜ ( ℜ+h ) cos l E cos (L E −L S )
Suy hao truyền sóng trong không gian tự do:
L FS (dB) = 92.44 + 20.log 10 d(km) + 20.log 10 f up (GHz)
Cự li thông tin chịu mưa:
Hệ suy hao do mưa trên 1km : tra biểu đồ cho phân cực đứng và phân cực ngang tại tần số fGHz, với lượng mưa 54mm/h, tính được hệ số suy hao do mưa đối với sóng phân cực tròn là:
Do đó -> suy hao do mưa
L P (dB) = L FS (db) + L R (dB) = 206,65 + 17,88 = 224,53 dB
Do đó công suất ở đầu vào máy thu trên vệ tinh là:
P RX (dBm) = EIRP(dBm) – L p (dB) + G RX (dB) = 86.64 – 224,53 + 40 = -97,89 dB c)
Tỉ sφ a≈ố cônφg sφ a≈uất sφ a≈ónφgmanφg trênφcônφg sφ a≈uất tạp âmtại đầu vàomáy thu vệ tinφh C
Tỉ sφ a≈ố cônφg sφ a≈uất sφ a≈ónφgmanφg trênφmật độcônφg sφ a≈uất tạp âm C
Công suất tạp âm tại đầu vào máy thu trên vệ tinh:
P N (dBw) = 10.log(kTB) = 10.log(1,38.10 -23 9,6.10 6 900) = -129,24 (dBW)
Có công suất sóng mang tại đầu vào máy thu trên vệ tinh địa tĩnh ở câu b là:
P RX = -97,89 dBm = -127,89 dBW -> Tỉ số công suất sóng mang trên công suất tạp âm tại đầu vào máy thu trên vệ tinh là
CN ( dB ) =P RX ( dBW ) −P N ( dBW ) =−127,89− ( −129,24 ) =1,35(dB)
Tỉ số công suất sóng mang trên mật độ công suất tạp âm No C là
GTX LAO NHIEU = G TX LAO – G(θ) = 47,7 – 14,36 = 33,34
EIRP NHIEU LAO = GTX LAO NHIEU + P TX LAO = 33,34 + 32,5 = 65,84
=> C I =EIRP wanφted VN −EIRP NHIEU LAO e,5−65,84=−0,34
Đa truy nhập
Đa truy nhập là gì?
- Nhiều thuê bao cùng 1 lúc truy nhập vào 1 hệ thống để khai thác sử dụng hệ thống đấy.
Vì sao cần sử dụng kỹ thuật đa truy nhập trong hệ thống thông tin vệ tinh?
- Để phân biệt thuê bao khi họ truy cập vào hệ thống nhằm chắc chắn đối tượng được phục vụ tốt.
Phân cực sóng điện từ
- Khi nhắc đến “Phân cực sóng điện từ” người ta quan tâm đến Chiều của Vectơ Độlớnφ cường độ điện trường, trong quá trinh lan truyền.
- Có 3 dạng phân cực Phânφ cực trònφ
+ Phân cực thẳng: khi đó, góc ϕ ( pha ban đầu ) của 2 thành phần dao động trùng hoặc lệch nhau 180 độ.
+ Phân cực tròn: khi đó, góc ϕ ( pha ban đầu ) của 2 thành phần dao động lệch 90 độhoặc 270 độ.
+ Phân cực elip: là một trường hợp của phân cực tròn khi 2 biên độ dao động khác nhau
- Trong hệ thống viễn thông người ta sử dụng phân cực sóng điện từ để dùng băng tần hiệu quả hơn (Hiệu quả gấp 2 lần )
Các phương pháp, kĩ thuật đa truy nhập?
- Kĩ thuật đa truy nhập phân chia theo tần số : FDMA Trao cho mỗi thuê bao 1 tần số riêng trong băng tần.
- Kĩ thuật đa truy nhập phân chia theo thời gian : TDMA
Tạo cho thuê bao 1 khe và đặt vào khác nhau để phân biệt với nhau.
- Kĩ thuật đa truy nhập phân chia theo mã : CDMA
- Hệ thống phân biệt các thuê bao bằng mã riêng biệt mà hệ thống phân chia cho từng thuê bao.
- Mỗi thuê bao có mã giả ngẫu nhiên.
Mã giả ngẫu nhiên PN là gì?
- Là mã dựa trên khái niệm phổ rất rộng (từ mã có phổ rất rộng) và người ta xây dựng theo lệnh mà người khác không thể biết được, nhưng người tạo ra lại biết chắc chắn.
Trải phổ trực tiếp của CDMA:
- Nhân (*) tín hiệu của mình đang có với tín hiệu mã giả ngẫu nhiên Tín hiệu sẽ trải dài trên trục tần số.
Khi truy cập vào thì hệ thống phân biệt mã như thế nào? (Cách để thu)
- Để thu người ta dùng toàn bộ các mã đang có nhân (*) trực tiếp với mã của thuê bao, khi nhân toàn bộ mã đó sẽ có 1 mã trùng khít với mã của thuê bao, khi đó tích của chúng bằng 1, còn mọi trường hợp khác bằng 0 nên người ta sẽ phân biệt được.
- Tất cả tín hiệu đi vào trên đường truyền đi vào đầu thu mà không phải thiết bị của ta (dựa vào việc nhân trực tiếp toàn bộ mã có với mã thuê bao thu tích là 1 và tích là 0 (trải phổ trực tiếp) ) thì đều được coi là nhiễu và bị loại bỏ -> nên có khả năng chống nhiễu tốt.
- Trải phổ về cơ bản là sử dụng một mã đặc biết để trải phổ của tín hiệu trong một băng thông hẹp (thậm trí rất hẹp) ra một băng thông cực rộng làm cho tín hiệu truyền đi rất giống với nhiễu trắng có trong tự nhiên.
- Mã trải phổ càng dài thì càng khó có thể dò ra phía phát đã dùng mã gì để trải phổ và do đó tính bảo mật của thông tin được truyền càng cao Tuy nhiên, dùng mã càng dài thì càng cần một băng thông rộng.
Ưu nhược điểm của trải phổ a Ưu điểm
+ Chống lại các nhiễu cố ý và vô ý.
+ Hạn chế và làm giảm hiệu ứng đa đường truyền.
+ Chia sẻ cùng dãy tần số với nhiều người sử dụng.
+ Bảo mật do chuỗi mã giả ngẫu nhiên (Phân chia theo mã) b Hạn chế
+ Không hiệu quả về băng thông.
+ Hoạt động phức tạp hơn.
So sánh ưu điểm của CDMA với TDMA và FDMA:
- TDMA và FDMA sử dụng khe thời gian và khe tần số mà thời gian và tần số có khung (frame) nên bị giới hạn CDMA không sử dụng khe thời gian nên không bị giới hạn.
Tín hiệu và điều chế
Tín hiệu
Tín hiệu là thông tin cần gửi đi
1.2 Tín hiệu băng tần gốc là gì ?
Là tín hiệu điện (điện áp, dòng điện) biến thiên theo quy luật tín hiệu cần gửi đi, có thể là âm thanh, hình ảnh, dữ liệu…
1.3 Tín hiệu tương tự là gì ?
Là tín hiệu liên tục, được chuyển trực tiếp từ dữ liệu sang điện áp và dòng điện
1.4 Tín hiệu số là gì ? là tìn hiệu rời rạc theo biên độ Vì trong một thời điểm nó chỉ có một trong hai giá trị là 0 hoặc 1 (ứng với 0V hoặc 5V
1 Các bước biến đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu số:
Bước 1: Lấy mẫu ( rời rạc hóa tín hiệu, chỉ lấy 1 số mẫu trong 1 đơn vị thời gian để đảm bảo mẫu lấy thể hiện đúng tín hiệu và có thể phục chế được về tín hiệu ban đầu)
Sử dụng định lý Nyquist: Tần số lấy mẫu lớn hơn hoặc bằng 2 lần tần số cao nhất của tín hiệu
Ví dụ: Tín hiệu thoại, âm thanh nằm trong khoảng 0.3 – 3.4kHz → F LM ≥ 2*3.4=6.8kHz Bước 2: Lượng tử hóa
Chọn ra 1 đơn vị rời rạc nhỏ nhất về độ lớn ( độ chính xác càng lớn) gọi là 1 giá trị lượng tử, cùng đơn vị đo với các giá trị rời rạc trên
Là quá trình chuyển đổi tín hiêu rời rạc có biên độ liên tục thành tín hiệu rời rạc có biên đồ rời rạc
Mục đích: Chọn ra mức lượng tử và biểu diện tín hiệu của chúng ta qua số mức lượng tử.
Tiêu chí: Giá trị lượng tử càng nhỏ càng tốt, càng sát với giá trị thực tế Tuy nhiên nếu càng nhỏ thì sang bước sau từ mã sẽ càng dài → Tốc độ bit sẽ cao lên → Nên lượng tử hóa hợp lí để bước sau độ dài từ mã vừa phải.
Là quá trình biến đổi các mức lượng tử hóa thành các từ mã, thông thường biến đổi thành các từ mã nhị phân 0 và 1
Ví dụ: Dùng từ mã dài 4 bit sẽ có 16 mức khác nhau
2 So sánh ưu điểm của tín hiệu số so với tín hiệu tương tự
- Tính kháng nhiễu của tín hiệu số tốt hơn tín hiệu tương tự.
- Có kỹ thuật nén để giảm băng thông của tín hiệu số ( băng thông ban đầu của tín hiệu số lớn hơn tín tương tự ).
- Việc ghép kênh, tách kênh trong truyền dẫn số dễ dàng thực hiện hơn so với truyền dẫn tương tự ( xử lý tín hiệu số thuận lợi hơn ).
- Truyền dẫn tín hiệu số tốt hơn hẳn truyền dẫn tương tự ( ảnh hưởng nhiễu cộng dồn chỉ có ở tín hiệu tương tự )
Điều chế
- Là quá trình đặt tin tức lên sóng mang để sóng mang mang tin tức từ bên phát sang bên thu.
- Đặt tín hiệu lên sóng mang ở bên phát: Thay đổi 1 trong các thông số của sóng mang: biên độ, tần số, góc pha tương đương với điều biên, điều tần và điều pha
- Lấy tín hiệu từ sóng mang ở bên thu: Thực hiện giải điều chế để tách tín hiệu ra khỏi sóng mang.
2.2 Tại sao cần điều chế ?
Vì chúng ta cần truyền tín hiệu đi, mà muốn truyền đi phải có phương tiện, phương tiện truyền tín hiệu ở đây là sóng mang
2.3 Các cách thức điều chế tín hiệu số:
- Điều chế khóa dịch biên (ASK)
- Điều chế khóa dịch pha (PSK) + Điều chế BPSK
Hình 2 Dạng sóng điều chế BPSK + Điều chế QPSK ( điều chế pha vuông góc)
Hình 3 Dạng sóng điều chế QPSK
- Điều chế khóa dịch tần (FSK)
Hình 4 Dạng sóng điều chế FSK
- Điều chế kết hợp biên độ pha ( QAM) Ví dụ 8-QAM
+ Dùng 2 sóng mang khác nhau cùng tần số ( điều chế ASK)
+ Mỗi sóng mang được dịch đi 90 o ( điều chế PSK )
Hình 5 Dạng sóng điều chế 8-QAM
2.4 Cách thức điều chế trong thông tin vệ tinh:
- Sử dụng điều tần, điều pha.
- Vì trong điều biên, biên độ quá yếu dẫn đến sẽ dễ bị lẫn với nền nhiễu.
Giới thiệu các hệ thống vệ tinh trên thế giới
Hê thống vệ tinh VSAT
Hình 7.1 Ví dụ tổng quan về hệ thống vệ tinh VSAT
VSAT (Verry Small Aperture Terminal) nghĩa là “trạm thông tin vệ tinh mặt đất cỡ nhỏ”, được lắp đặt tại các địa điểm thuê bao để liên lạc trực tiếp với một trạm VSAT khác hoặc với một trạm chủ (HUB), từ đó kết nối qua mạng viễn thông mặt đất.
VSAT là thiết bị được biết như là một trạm mặt đất, được dùng để nhận tín hiệu từ vệ tinh truyền tới Cho phép truyền tín hiệu qua vệ tinh một cách đáng tin cậy, mà chỉ cần sử dụng đĩa anten có đường kính điển hình vào khoảng 0,69m đến 1,30m (2 feet – 4 feet).
Theo chức năng, trạm mặt đất VSAT được chia làm 3 phần là anten, khối thiết bị ngoài ODU (Khối thiết bị ngoài) và khối thiết bị trong nhà IDU (Khối thiết bị trong nhà) được kết nối bởi một cặp dây cáp Các VSAT trao đổi thông tin với nhau qua mạng đó là mạng VSAT.
Link tìm hiểu thêm về (Kiến trúc mạng VSAT, ưu - nhược điểm, ứng dụng của
VSAT-IP tại Việt nam….) https://123docz.net/document/3499241-he-thong-thong-tin-ve-tinh-vsat-ip-vsat-va- cac- dich-vu-cung-cap.htm https://www.tailieudaihoc.com/doc/208864.html
Hệ thống vệ tinh viễn thám
* Các vệ tinh thời tiết hay khí tượng:
Hình 7.2 Các vệ tinh thời tiết, khí tượng
- Là một loại vệ tinh nhân tạo được dùng chủ yếu để quan sát thời tiết và khí hậu trên Trái Đất.
- Vệ tinh có thể quay quanh cực hoặc quanh đường xích đạo
+ Quỹ đạo địa tĩnh: GOES (US), METEOSAT (EURO), INSAT (INDIA), GMS (JAPAN) – 36,000 km
+ Quỹ đạo cực: NOAA (US), METEOR(RUSSIA) – 850 km
- Độ phân giải không gian thấp
- Độ phân giải thời gian cao: chụp lại nhiều lần trong ngày trên phạm vi tòan cầu
- Dải quét bao phủ một vùng rộng lớn
- Những phát triển sau này: thực vật và môi trường biển (MODIS)
* Vệ tinh quan sát mặt đất
- Các vệ tinh quan sát mặt đất hay vệ tinh tài nguyên:
+ Quan sát tài nguyên trên mặt đất: LANDSAT (US), SPOT (FRANCE), IKONOS, QUICKBIRD
+ Quan sát tài nguyên biển: MOS (JAPAN), MODIS(AUSTRALIA) - Quỹ đạo đồng bộ
- Độ phân giải không gian trung bình và cao.
- Độ phân giải thời gian trung bình, hiện nay có thể điều khiển từ trạm mặt đất.
- Dải quét bao phủ gần như toàn bộ trái đất.
Link tìm hiểu thêm về ( Thông tin chi tiết về các 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) là hệ thống xác định vị trí dựa trên vị trí của các vệ tinh nhân tạo, do Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ thiết kế, xây dựng, vận hành và quản lý Trong cùng một thời điểm, tọa độ của một điểm trên mặt đất sẽ được xác định nếu xác định được khoảng cách từ điểm đó đến ít nhất ba vệ tinh.
GPS hiện tại gồm 3 phần chính: phần không gian, kiểm soát và sử dụng Không quân Hoa Kỳ phát triển, bảo trì và vận hành các phần không gian và kiểm soát Các vệ tinh GPS truyền tín hiệu từ không gian, và các máy thu GPS sử dụng các tín hiệu này để tính toán vị trí trong không gian 3 chiều (kinh độ, vĩ độ và độ cao) và thời gian hiện tại.
Hình 7.3 Hình ảnh vệ tinh GPS
Hình 7.4 Nguyên lý xác định vị trí GPS
Link tìm hiểu thêm về hệ thống GLONASS https://ungdungmoi.edu.vn/nguyen-ly-hoat-dong-cua-thong-dinh-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 )
GLONASS (Globalnaya Navigatsionnaya Sputnikovaya Sistema) la hê thông đinh vi vê tinh do Nga phát triển tương tự như GPS là một hệ thống định vị toàn cầu dựa trên các vệ tinh quay quanh trái đất trong không gian, chúng cung cấp cho chúng ta các dịch vụ như: định vị, dẫn đường, xác định thời gian một cách chính xác và đáng tin cậy, tất cả đều được sử dụng miễn phí cho tất cả mọi người trên toàn thế giới.
Nói đến GPS là một hệ thống định vị đến từ Mỹ, thì GLONASS cũng là một hệ thống định vị nhưng được sản xuất bởi quân đội Nga, tất cả các công nghệ và
Link tìm hiểu thêm về hệ thống GLONASS https://tracdiatap.com/p/glonass-la-gi-gnss-glonass-may-trac-dia c Hệ thống định vị toàn cầu GALILEO ( EU)
Hệ thống định vị Galileo là một hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu (GNSS) được xây dựng bởi Liên minh châu Âu phối hợp với Cơ quan Vũ trụ châu Âu.
Hệ thống được phát triển từ năm 2000 và hoàn thành vào năm 2010 Hệ thống được thiết kế gồm 30 vệ tinh, trong đó 27 vệ tinh hoạt động liên tục bao phủ toàn bộ tín hiệu trên Trái Đất.
Galileo khác với GPS của Hoa Kỳ và GLONASS của Liên bang Nga ở chỗ nó là một hệ thống định vị được điều hành và quản lý bởi các tổ chức dân dụng, phi quân sự.
Hệ thống định vị Galileo được đặt theo tên của nhà thiên văn học người Ý Galileo Galilei nhằm tưởng nhớ những đóng góp của ông.
Link tìm hiểu thêm về 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 là BeiDou Navigation Satellite System được viết tắt BDS, hay còn gọi là hệ thống định vị vệ tinh vệ tinh toàn cầu.
BEIDOU cũng giống như những hệ thống định vị khác của GNSS, chúng giúp người sử dụng có độ tin cậy và độ chính xác cao.
Hệ thống định vị BEIDOU được ra đời và phát triển bởi Trung Quốc, sự ra đời của BEIDOU đã giúp ngành công nghệ kỹ thuật của Trung Quốc đã bước lên một tầm phát triển cực mạnh và những công dung của BEIDOU mang lại rất hữu ích đến cuộc sống hiện tại.
Link tìm hiểu thêm về 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 về hệ thống thông tin di động
Hệ thống thông tin di động toàn cầu (Global System for Mobile Communications; viết tắt GSM) là một công nghệ dùng cho mạng thông tin di động Dịch vụ GSM được sử dụng bởi hơn 2 tỷ người trên 212 quốc gia và vùng lãnh thổ Các mạng thông tin di động GSM cho phép có thể roaming với nhau do đó những máy điện thoại di động GSM của các mạng GSM khác nhau ở có thể sử dụng được nhiều nơi trên thế giới
Các mạng điện thoại GSM sử dụng công nghệ TDMA (Time Division Multiple Access), đây là công nghệ cho phép 8 máy di động có thể sử dụng chung một kênh để đàm thoại, mỗi máy dùng 1/8 khe thời gian để truyền và nhận thông tin Khác với mạng GSM, các 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 được chia thành 4 phân hệ chính 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 và hỗ trợ (Operation and Support Subsystem).
Link tìm hiểu thêm về (Thành phần hệ thống, đặc điểm ….) https://www.bkaii.com.vn/tin-tuc/303-he-thong-thong-tin-di-dong-toan-cau-mang-di-dong- gsm https://123docz.net/document/2492819-he-thong-thong-tin-di-dong-toan-cau-gsm.htm
Mở rộng
Tổng quan về mạng VSAT – IP
VSAT - IP là hệ thống thông tin vệ tinh băng rộng, có cấu trúc mạng hình sao sử dụng kỹ chuyển mạch gói băng rộng Hệ thống gồm 3 thành phần cơ bản: trạm cổng (Gateway), vệ tinh IPSTAR và các trạm thuê bao (User Terminal- UT) Các gói dữ 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, các kênh tốc độ thấp sử dụng cùng phương pháp truyền dẫn kết hợp kỹ thuật đa truy nhập dựa trên nhu cầu sử dụng của khách hàng, kiểu truy nhập ALOHA sử dụng để điều khiển lưu lượng, Slotted ALOHA, TDMA truy nhập truyền tải dữ liệu (hướng STAR).
Cấu trúc của hệ thống VSAT IP
các trạm thuê bao (User Terminal-UT).
Tuổi thọ hoạt động : 12 năm
Dung lượng băng thông cho khách hàng sử dụng: 45 Gbps (25/20) cho tuyến lên và tuyến xuống Dung lượng danh định tiêu chuẩn tính theo ăng-ten 1,2m Vùng phủ sóng của vệ tinh iPSTAR ( hình 2.2) bao gồm các búp phủ trong khu vực châu Á - Thái Bình Dương, trong đó có:
+ 18 búp phủ hẹp băng Ka với dung lượng băng thông lớn nhất.
+ Sử dụng công nghệ vùng phủ sóng nhiều tia (spot beam) để tăng khả năng tái sử dụng tần số, cho phép mở rộng phổ tần làm việc, tăng dung lượng băng tần vệ tinh và với mật độ công suất tín hiệu rất cao (EIRP` 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 4 Mbps.
+ Sử dụng băng tần Ku cho tuyến UT – Gateway (Return Link) Truy nhập MF- TDMA, tốc độ tới 2 Mbps.
+ IPSTAR có 4 spot beam bao phủ toàn bộ lãnh thổ Việt Nam (Hình 2.3) và 01 broadcast beam, hoạt động ở băng tần Ka và Ku với dung lượng thiết kế khoảng 2 Gbps(cho cả 2 chiều lên, xuống).
Vùng phủ sóng của vệ tinh iPSTAR-1
Trạm cổng (Gateway)
3.1 Cấu hình của một trạm Gateway
Sơ đồ chức năng của một Trạm Gateway bao gồm:
Ăngten đường kính D = 8-11m cho cả trạm chính và trạm dự phòng
Khối thiết bị cao tần, bao gồm các thiết bị máy phát HPA, Up converter, LNA; Down converter, khối điều khiển hoạt động của trạm Gateway chính và dự phòng cùng các thiết bị phụ trợ cao tần thu phát khác.
Khối các thiết bị giao tiếp và xử lý tín hiệu băng gốc.
+ Core router : Thực hiện chức năng định tuyến các gói tin IP giữa các thiết bị mạng trong mạng iPSTAR.
+ TCPA : Tối ưu hóa tốc độ truyền dẫn TCP/IP thông qua vệ tinh
+ FLP : Điều khiển, quản lý lớp dịch vụ (CoS), chất lượng dịch vụ (QoS) và các chức năng TCPA FLP lọc và xắp sếp dữ liệu theo thứ tự ưu tiên và lớp dịch vụ trước khi gửi tới TI Bản tin cước từ TI và SI cũng sẽ được hợp nhất tại đây và chuyển
` + TI : Xử lý dữ liệu tuyến truyền dẫn Gateway-UT TI đóng gói data theo một định dạng khung đặc biệt trước khi đưa tới Modem vệ tinh (Toll-Tx).
+ Toll-Tx : Nhận tín hiệu từ TI, sau đó lượng tử hóa, mã hóa TPC điều chế, ghép kênh OFDM data từ tất cả 16 kênh và đưa tới hệ thống phát RF Hệ thống TI thông báo cho hệ thống Toll Tx các thông tin về điều chế, mã hóa TPC của data trong mỗi một khe thời gian (time slot).
+ STAR Rx : Xử lý tín hiệu nhận được từ các UT thông qua vệ tinh, đồng thời tiến hành giải điều chế và giải mã tín hiệu.
+ SI : Xử lý tín hiệu nhận được từ bộ thu STAR-Rx, chuyển đổi dữ liệu nhận được thành các gói IP và chuyển tới Core Router.
Hệ thống quản lý mạng (NMS/RRM): Quản lý tài nguyên của trạm Gateway và cho phép người khai thác truy nhập và điều khiển, bao gồm chức năng điều khiển truy nhập, quản lý tài nguyên, cấu hình, quản lý lỗi, khai thác và giám sát sự hoạt động của hệ thống, quản lý tài nguyên băng tần vệ tinh và phân bổ dung lượng cho các trạm UT.
Acounting server/Call Record server nhận dữ liệu từ NMS và lưu trữ tại cơ sở dữ liệu nội bộ để phục vụ cho mục đích tính cước.
Tuỳ thuộc vào ứng dụng cung cấp mà trạm Gateway được trang bị thêm: + Các đường truyền kết nối băng rộng với mạng Internet, trụ sở khách hàng cho các 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.
Ưu, nhược điểm của hệ thống iP STAR
Vệ tinh: Sử dụng vùng phủ sóng có nhiều tia (spot beams), cho phép sử dụng tần số hiệu quả bằng cách tái sử dụng lại tần số tạo ra băng thông lớn hơn nhiều so với vệ tinh thông thường, đồng thời nâng cao được công suất cho từng spot beam. Ngoài ra, vệ tinh iPSTAR sử dụng kỹ thuật điều khiển công suất linh hoạt phù hợp với điều kiện thời tiết và đây là kỹ thuật không được áp dụng cho các 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 và tăng ích để đảm bảo tính khả dụng cho từng trạm UT), vì vậy đã cải thiện được vấn đề suy hao do mưa.
Tốc độ đường truyền cao.
Kích thước trạm đầu cuối nhỏ gọn (0.8m – 1.8m).
Tính cước, giám sát mạng, nâng cấp phần mềm hoạt động đều có thể thực hiện từ trạm Gateway.
Nhược điểm của thông tin vệ tinh là chịu ảnh hưởng tác động của thời tiết và đặc biệt nhạy cảm hơn ở băng tần Ka, Ku Thông tin có thể bị gián đoạn với lượng mưa
Thiết bị iPSTAR sử dụng đa dạng kỹ thuật điều chế, mã hoá cho phép tự động phân bổ đường truyền linh hoạt là công nghệ độc quyền, thực hiện quản lý khai thác các phần tử mạng tập trung tại trạm Gateway do đó các thiết bị mặt đất sẽ phụ thuộc hoàn toàn vào nhà cung cấp thiết bị iPSTAR bao gồm cả trang thiết bị trạmGateway và các UT.
CÁC DỊCH VỤ CỦA IP-VSAT
Hệ thống VSAT - IP cho phép triển khai nhiều ứng dụng khác nhau dựa trên giao thức IP, với mục tiêu cung cấp đường truyền băng rộng cho các đối tượng khách hàng là các cá nhân, công sở, xí nghiệp, các 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 độDownload tới 4 Mbps, tốc độ Upload đạt tới 2 Mbps Dựa trên đường truyền băng rộng cung cấp giải pháp mạng cho từng nhóm đối tượng khách hàng riêng.
Mô hình dịch vụ truy nhập internet băng rộng 5.2 Dịch vụ thoại VoIP và Fax
Hệ thống VSAT-IP cung cấp dịch vụ thoại gồm 3 thành phần cơ bản Voice gateway, CallManager và thiết bị biến đổi IP-thoại analog (ATA).
Mô hình dịch vụ thoại VoIP và fax
Voice gateway thực hiện chức năng giao tiếp giữa mạng IP và mạng PSTN.
CallManager thực hiện chức năng điều khiển định tuyến cuộc gọi trong nội bộ mạng và liên mạng, thực hiện chức năng lưu trữ thông tin chi tiết cuộc gọi phục vụ cho mục đích tính cước.
Thiết bị ATA cung cấp giao diện kết nối với máy điện thoại thông thường hoặc kết nối với tổng đài PBX.
