đồ án : Nghiên cứu hệ thống thông tin di động vệ tinh

đồ án :Nghiên cứu hệ thống thông tin di động vệ tinhChương I: Tổng quan thông tin di động vệ tinh: Tổ chức chung của hệ thống thông tin di động vệ tinh, các ưu nhược điểm của hệ thống, một số dịch vụ của thông tin di động vệ tinh .Chương II: Cấu trúc hệ thống thông tin di động vệ tinh: Cấu trúc mạng thông tin di động vệ tinh, các hệ thống di động địa tĩnh LEO, mạng thông tin cá nhân S-PCN, khả năng tích hợp với mạng GSM…Chương III: Đặc tính kênh truyền: Mô tả đặc tính kênh truyền sóng di động vệ tinh, kênh băng hẹp, băng rộng và các đường truyền cố định, hàng không và hàng hải.Do hạn chế về thời gian cũng như khả năng nghiên cứu, đồ án này không tránh khỏi thiếu sót, em rất mong nhận được sự góp ý của các thầy cô, các bạn sinh viên để nội dung của đề tài này được hoàn thiện hơn nữa.Em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo trong khoa Viễn Thông đã giúp đỡ em, đặc biệt em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Nguyễn Viết Minh đã trực tiếp hướng dẫn em hoàn thành đồ án này.

MỤC LỤC

CHƯƠNG 0 - TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN DI ĐỘNG VỆ TINH 3

1.1 Giới thiệu 3

1.2 Tổ chức chung của hệ thống thông tin di động vệ tinh 4

1.2.1 Cấu trúc chung của hệ thống thông tin di động vệ tinh 4

1.2.2 Tổ chức quỹ đạo ở thông tin di động vệ tinh 5

1.2.3 Thiết kế chùm vệ tinh tổ ong 8

1.2.4 Phân bổ tần số cho thông tin di động vệ tinh 11

1.3 Đặc điểm của thông tin di động vệ tinh 15

1.3.1 Ưu điểm 15

1.3.2 Nhược điểm 16

1.4 Dịch vụ thông tin di động vệ tinh 17

1.4.1 Khái quát 17

1.4.3 Dịch vụ di động vệ tinh (MSS) 18

1.4.4 Dịch vụ di động vệ tinh cá nhân (PMSS) 20

1.4.5 Dịch vụ vệ tinh hàng hải vô tuyến (RNSS) 20

1.4.6 Dịch vụ vệ tinh định vị vô tuyến (RDSS) 21

1.4.7 Dịch vụ di động vệ tinh quảng bá (BCMSS) 21

1.4.8 Dịch vụ di động vệ tinh băng rộng (BBMSS) 22

1.4.9 Dịch vụ di động vệ tinh khí tượng (MLMSS) 22

CHƯƠNG 1 - CẤU TRÚC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG VỆ TINH .24 2.1.Cấu trúc mạng thông tin di động vệ tinh 24

2.1.1.Phân đoạn người sử dụng 24

2.1.2.Phân đoạn mặt đất 25

2.1.3 Phân đoạn không gian 25

2.1.4 Các kênh logic 27

2.2.Hệ thống di động vệ tinh địa tĩnh 27

2.2.1 Đặc tính chung 27

2.2.2 Hệ thống thông tin vệ tinh Inmarsat 28

2.2.3 Hệ thống EUTELSAT 29

2.2.4 Hệ thống vệ tinh tổ ong Châu Á 31

2.3 Hệ thống di động vệ tinh không địa tĩnh tầm thấp loại nhỏ(LEO) 31

2.3.1 Các nguyên tắc cơ bản 31

2.3.2 Orbcomm 32

2.3.3 E-SAT 33

2.3.4 LEO ONE .33

2.4 Mạng thông tin di động vệ tinh cá nhân (S-PCN) 34

2.4.1 Đặc tính chung 34

2.4.2 IRIDIUM 34

2.4.3 GLOBALSTAR 35

2.4.4 Một số hệ thống khác 37

2.5 Tích hợp mạng thông tin di động vệ tinh với mạng GSM 39

2.5.1.Giới thiệu tổng quan 39

2.5.2 Các yêu cầu tích hợp hệ thống 40

2.5.3 Các phương án tích hợp 41

2.5.4 Tác động của các phương pháp tích hợp đến thủ tục chuyển giao 44

2.5.4.1 Tích hợp tại mức giao diện E 44

2.5.4.2 Tích hợp tại giao diện A 49

2.5.5 Tác động của các phương pháp tích hợp đến quản lý vị trí 53

2.5.6 Tác động của phương án tích hợp đến quá trình thiết lập cuộc gọi 56

CHƯƠNG 2 : ĐẶC TÍNH KÊNH TRUYỀN 59

3.1 Giới thiệu 59

3.2 Đặc tính kênh di động mặt đất 59

3.2.1 Môi trường nội hạt 59

3.2.2 Kiểu kênh băng hẹp 61

3.2.2.1 Tổng quan 61

3.2.2.2 Mô hình hồi quy thực nghiệm .62

3.2.2.3 Các mô hình phân bố xác suất 64

3.2.2.4 Mô hình giải tích hình học 68

3.2.3 Mô hình kênh băng rộng 69

3.3 Đường truyền hàng không 69

3.4 Đường truyền hàng hải 70

3.5 Đường truyền cố định 70

3.5.1 Ảnh hưởng của tầng đối lưu 70

3.5.1.1 Hơi trong khí quyển 70

3.5.1.2 Mây và sương mù 77

3.5.2 Ảnh hưởng của tầng điện ly 79

3.5.2.1 Độ trễ nhóm và quay Faraday 79

3.5.2.2 Biến đổi trong tầng điện ly 80

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

A

ACC Aeronautical Control Centre Trung tâm điều khiển hàng không

ACO Aeronautical Communication

Organization

Tổ chức thông tin hàng không ACTS

ACR

ACS

ACSE

ADM

Advanced Communication Technologies and Services Allowed Cell Rate

Attitude Control System Antenna Control and Signaling Equipment of LES

Adaptive Delta Modulation

Dịch vụ và công nghệ trong truyền thông tiên tiến

Tốc độ ô cho phép

Hệ thống định hướng cao độ Thiết bị báo hiệu và điều khiển anten của LES

Biến điệu đenta thích ứng

Đường dây thuê báo số bất đối xứng

Trạm mặt đất hàng khôngĐiều khiển tần số tự độngBiến điệu biên độ

Advanced Operational CapabilityAutomatic Repeat RequestAir Traffic Control

Kênh báo hiệu cơ sở

Mã BCHBiến điệu mã khốiBER

BES

Bit Error RateBase Earth Station

Tốc độ lỗi bitTrạm mặt đất gốc

Compact Disk

Bộ điều khiển trạm gốcViễn thông Anh

Tỉ lệ đa đường tới vật mangTốc độ bit không đổiĐĩa nén chặt

Coded Modulation

Đa truy nhập phân chia theo mã

Ý kiến bản phác thảo then chốtTrạm mặt đất ven biển

Hệ thống thông tin và truyền thông

Biến điệu mãCN

Coast Radio StationCommon Signaling ChannelCalled Sate Control Function

Circuit Switched Service

D

Digital to Analogue Signal

Mạng lõiHiệp hội vệ tinh truyền thông

Trạm vô tuyến bờ biểnKênh báo hiệu chungChức năng điều khiển đáp ứng cuộc gọi

Dịch vụ chuyển mạch mạch điệnChuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín

Conversion hiệu sốDAB Digital Audio Broadcasting Quảng bá vô tuyến số

Data Link ProcessingDelta Modulation

Vệ tinh quảng bá trực tiếpĐiểm xuống

Dòng điện trực tiếpPhép nhân mạch số

Bộ lặp đặt trên nền dữ liệu

Hệ thống tập hợp dữ liệuĐường xử lý dữ liệuĐiều biên đentaDOMSAT

E

European CommissionEuropean Communications SatelliteEuropean Land Mobile Satellite System

European Maritime Core AreaEuropean Mobile SystemExperimental Mobile Satellite System

Engineering Test Satellite Exploration of Meteorological Satellite

European telecommunications Satellie Organization

Vệ tinh nội địaDịch vụ đọc ra trực tiếpDãy trực tiếp

Phát thanh truyền hình trực tiếpHợp nhất hệ thống thoại số

Ủy thác Châu Âu

Vệ tinh thông tin Châu Âu

Hệ thống di động vệ tinh mặt đất Châu Âu

Khu vực trung tâm hàng hải Châu Âu

Hệ thống di động Châu Âu

Hệ thống di động vệ tinh thực nghiệm

Vệ tinh thử nghiệm công trình

Vệ tinh thời tiết thám hiểm

Tổ chức vệ tinh viễn thông Châu Âu

EFM Empirical Fading Model Mô hình fading thực tế

EIR Equipment Interface Register Đăng ký giao diện thiết bị

Frequency Division Multiplexing

Trạm mặt đất

Hệ thống hàng hải hàng không tương lai

Sao chép

Ủy thác thông tin liên bang

Đa hợp phân chia tần sốFDMA Frequency Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo tần số

Fixed Satellite ServiceFlight Safety Satellite Equiment

G

GES (BES)Groud Based Augmentation SystemGateway Control Centre

Globalstar Data NetworkGlobal Determination Satellite System

Hiệu chinh lỗi hướng truyềnTrạm mặt đất cố định

Hệ thống liên kết hướng truyềnĐiều biên tần số

Sao chép trên IPDịch vụ vệ tinh cố định Hướng bay vệ tinh tin cậy

Cổng

Hệ thống mở rộng trạm mặt đấtTrung tâm điều khiển cổngMạng dữ liệu toàn cầu

Hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu

Global Martime Distress and safety System

Geostationary Mobile radioGruond Monitoring stationsGlobal Mobile Satellite CommunicationsGlobal Mobile Satellite SystemsGlobal Navigation Satellite System

Quỹ đạo địa tĩnhTrạm mặt đấtTrạm mặt đất cổng

Hệ thống vệ tinh quảng bá hàng không toàn cầu

Hệ thống định vị chính xác toàn cầu

Vô tuyến di động địa tĩnhTrạm giám sát mặt đấtThông tin vệ tinh di động toàn cầu

Hệ thống vệ tinh di động toàn cầu

Hệ thống vệ tinh hàng hải toàn cầuGSO

HEC

Geostationary Orbit

H

Hibrid Error Correction

Quỹ đạo địa tĩnh

Hiệu chỉnh lỗi HibridHEO

Bộ khuyếch đại công suất caoQuỹ đạo vệ tinh HybridINMARSAT International Martime Satellite

Organization

Tổ chức vệ tinh hàng hải quốc tế

INTELSAT International telecommunications

Satellite Organization

Tổ chức vệ tinh quốc tế thông tin

IntermodulationInternally Mounted Equipment

Bộ lọc dải thông đầu vàoTác dụng bộ phận kỹ thuật toàn cầuTần số ở giữa

Biến điệu tương hỗ Thiết bị định vị bên trongIOR

Dịch vụ mạng số tích hợpLiên kết vệ tinh khe trốngNgười cung cấp dịch vụ internet

Vô tuyến ITULMSS

Dịch vụ vệ tinh di động mặt đất

Trung tâm điều khiểm phái đoànTrung tâm điều khiển chủTốc độ ô tối thiểu

Trạm điều khiển chủMEO Medium Earth Orbit Quỹ đạo vệ tinh tầm trung

MSS Mobile Satellite Services Dịch vụ vệ tinh di động

MSC Mobile Satellite Communication Thông tin vệ tinh di động

MSB Mobile Satellite Broadcasting Dịch vụ vệ tinh quảng bá

MMSC Martime Mobile Satellite

N

Dịch vụ vệ tinh di động hàng hảiAnten vệ tinh di động

Hệ thống mở rộng trạm vệ tinh MTSAT

Đơn vị đầu cuối di độngNGSO Non-Geostationary Satellite Orbit Quỹ đạo không phải địa tĩnh

Trung tâm điều khiển mạngChức năng điều khiển mạngTrạm mặt đất hàng hảiTrạm hoạt động mạngCấu hình vệ tinh Non-GEONMS Network Management Station Trạm quản lý mạng

NSP Network Service Part

O

Phần dịch vụ mạng

Operation SubsystemOrbital Test Satellite

P

Hệ thống con bộ phận

Vệ tinh kiểm tra quỹ đạo

Mạng thông tin cá nhânDịch vụ thông tin cá nhânMạng dữ liệu công cộngPSDN Public Switched Data Network Mạng dữ liệu chuyển mạch công cộngPSTN Public Switched Telephone Network

S

SatelliteService AreaSpecial Access Code

Tần số vô tuyếnKênh yêu cầuTrung tâm phối hợp giải thoát

Vệ tinhMiền dịch vụ

Mã truy nhập riêng biệtS-PCN Satellite –Personal Communication

Satellite Data UnitShip Earth StationSignal in SpaceSecure Telephone EquimentSpace Transportation SystemSatellite User Terminal

T

Trung tâm điều khiển vệ tinhKênh báo hiệu trên mỗi vật mangTrạm điều khiển vệ tinh

Đơn vị thông tin vệ tinh

Đa truy nhập phân chia theo không gian

Đơn vị dữ liệu vệ tinhTrạm mặt đất hàng hảiTín hiệu trên không gianThiết bị điện thoại tin cậy

Hệ thống truyền tải không gianĐầu cuối sử dụng vệ tinh

TDMA Time Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo thời gian TT&C Telemetry,Tracking and Command

U

Đo từ xa,bám và điều khiển

V

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1-1: Các thành phần chính trong mạng thông tin di động vệ tinh 3

Hình 1-2: Cấu trúc chung của một hệ thống thông tin di động vệ tinh 5

Hình 1-3: Các quỹ đạo vệ tinh 6

Hình 1-4: Vùng phục vụ được chia thành các ô nhờ tia hẹp để tái sử dụng tần số 7

Hình 1-5: Các tia hẹp liên tục và đường viền của chúng 8

Hình 1-6: Vệ tinh LEO quỹ đạo cực 9

Hình 1-7: Các thông số của quỹ đạo nghiêng 10

Hình 1-8: Phân ô cho vùng 10

Hình 2-9: Cấu trúc tổng quát mạng thông tin di động vệ tinh 24

Hình 2-10: Mô tả cấu trúc bên trong một cổng chính 25

Hình 2-11: Ví dụ các cấu trúc mạng vệ tinh truyền thông di động phủ sóng toàn cầu 26

Hình 2-12: a)Thông tin vệ tinh qua một bước nhảy b)Thông tin vệ tinh qua hai

bước nhảy 28

Hình 2-13: Cấu trúc mạng EUTELRACS 30

Hình 2-14: Cấu trúc hệ thống orbcomm 32

Hình 3-15: Môi trường lan truyền mạng di động 59

Hình 3-16: Fading tại 1,5 GHz phụ thuộc bóng bên đường theo góc ngẩng 63

Hình 3-17: Markov hai trạng thái xử lý chỉ thị điều khiển che khuất và không che khuất 67 Hình 3-18: Độ suy giảm riêng do hơi nước 70 Hình 3-19: Tổng suy hao không khí khô và hơi nước tại cực điểm từ mực nước biển 72 Hình 3-20: Mối quan hệ giữa chiều dài đường nghiêng và độ cao mưa 73 Hình 3-21: Mật độ mưa (mm/h) vượt quá 0,01 % trung bình năm 74 Hình 3-22: Độ suy giảm dự báo (mẫu Watson-Hu) và đo được tại trạm Lario (Italy) 76 Hình 3-23: Minh hoạ dạng sóng elip tổng quát 78 Hình 3-24: Quay Faraday như là một hàm của TEC và tần số 79

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1-1: Băng tần dành cho thông tin di động vệ tinh WARC-87 quy định 11

Bảng 1-2: Phân bổ tần số được quy định ở WARC-92 13

Bảng 1-3: Phân bố tần số cho một số hệ thống LEO lớn cho một hệ thống CDMA 14

Bảng 1-4: Phân bố tần số cho một số hệ thống LEO lớn cho nhiều hệ thống CDMA 14

Bảng 2-5: Vùng phủ sóng và tọa độ các vệ tinh INMARSAT 29

Bảng 2-6: Phân định tần số cho thông tin vệ tinh di động băng tần L và S 34

Bảng 2-7: Số vệ tinh sử dụng và đặc tính quỹ đạo 37

Bảng 2-8: Các đặc tính dịch vụ 38

Bảng 2-9: Các đặc tính giao diện vô tuyến 39

Bảng 2-10: Các phần tử thông tin trong đoạn tin”yêu cầu bắt tay” của GSM 45 Bảng 2-11: Khuôn dạng trường nhận dạng ô phục vụ 45

Bảng 2-12: Khuôn dạng đoạn tin chấp nhận yêu cầu bắt tay 46

Bảng 2-13: Khuôn dạng đoạn tin lệnh bắt tay 47

Bảng 2-14: Trường dữ liệu người sử dụng trong đoạn tin “có yêu cầu bắt tay” 49

Bảng 3-15: Đặc tính mẫu ERS 62

Bảng 3-16: Suy hao vượt ngưỡng pha đing( fade exceed) dB tại góc 800 64

Bảng 3-17:Hệ số hồi quy ITU-R cho độ suy giảm ước lượng 75

Với sự phát triển không ngừng của truyền thông thông tin, và nhu cầu ngày càng tăng của con người trong việc sử dụng thông tin Thông tin vệ tinh đã trở thành một phương tiện thông tin rất phổ biến và đa dạng, đem lại nhiều lợi nhuận cho nhà khai thác Nó thể hiện từ các chảo anten truyền hình gia đình cho đến các hệ thống thông tin toàn cầu truyền các khối lượng số liệu và lưu lượng thoại lớn cùng với các chương trình truyền hình.

Vì một vệ tinh có thể phủ sóng cho một vùng rộng lớn trên trái đất, nên một bộ phát đáp trên vệ tinh có thể cho phép nối mạng nhiều trạm mặt đất từ các vùng địa

lý cách xa nhau trên trái đất Các vệ tinh đảm bảo đường truyền thông tin cho các cho các vùng dân cư xa xôi hẻo lánh khi mà các phương tiện thông tin khác khó đạt đến

Từ nghiên cứu các số liệu quan trắc hơn 20 năm của nhà thiên văn Tycho Brahe, Johannes Kepler đã chứng minh rằng các hành tinh quay quanh mặt trời trên các quỹ đạo elip chứ không phải tròn Ông đã tổng kết các nghiên cứu của mình trong

ba định luật chuyển động hành tinh Hai định luật đầu đã được công bố trong tạp chí New Astromy vào năm 1609 và định luật thứ ba được công bố trong cuốn sách Harmony of The World vào năm 1619 Ba định luật này được trình bầy như sau

Định luật 1 Quỹ đạo cuả một hành tinh có dạng elip với mặt trời nằm tại tiêu

điểm

Định luật 2 Bán kính của vectơ nối hành tinh và mặt trời quét các diện tích

bằng nhau trong khoảng thời gian bằng nhau

Định luật 3 Bình phương chu kỳ quay quanh quỹ đạo của hành tinh tỷ lệ với

lập phương bán trục chính của elip

Ba định luật này là cơ sở để mô tả quỹ đạo của vệ tinh quay quanh trái đất trong

đó vệ tinh đóng vai trò hành tinh còn trái đất đóng vai trò mặt trời

Đến nay nhiều hệ thống thông tin vệ tinh đã được thiết lập với các quỹ đạo vệ tinh khác nhau, trong đó chỉ có vệ tinh Molnya của Liên xô cũ là sử dụng quỹ đạo elip, còn các vệ tinh còn lại đều sử dụng quỹ đạo tròn Hiện nay không chỉ có các hệ thống thông tin vệ tinh cho các đối tượng cố định mà các hệ thống thông tin vệ tinh

di động cũng đã được thiết lập và đưa vào khai thác Ngày càng có xu thế tích hợp thông tin vệ tinh với thông tin mặt đất

Trong phạm vi đồ án này, em tập trung vào việc “ Nghiên cứu hệ thống thông tin di động vệ tinh” Nội dung đồ án chia làm ba chương.

thông tin di động vệ tinh, các ưu nhược điểm của hệ thống, một số dịch vụ của thông tin di động vệ tinh

Chương II: Cấu trúc hệ thống thông tin di động vệ tinh: Cấu trúc mạng thông

tin di động vệ tinh, các hệ thống di động địa tĩnh LEO, mạng thông tin cá nhân PCN, khả năng tích hợp với mạng GSM…

S-Chương III: Đặc tính kênh truyền: Mô tả đặc tính kênh truyền sóng di động vệ

tinh, kênh băng hẹp, băng rộng và các đường truyền cố định, hàng không và hàng hải

Do hạn chế về thời gian cũng như khả năng nghiên cứu, đồ án này không tránh khỏi thiếu sót, em rất mong nhận được sự góp ý của các thầy cô, các bạn sinh viên

để nội dung của đề tài này được hoàn thiện hơn nữa

Em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo trong khoa Viễn Thông đã giúp đỡ em, đặc biệt em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Nguyễn Viết Minh đã trực tiếp hướng dẫn em hoàn thành đồ án này

CHƯƠNG 0 - TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN DI ĐỘNG

VỆ TINH

1.1 Giới thiệu

Thông tin di động vệ tinh trong mười năm gần đây đã trải qua những biến đổi cách mạng bắt đầu từ hệ thống thông tin di động vệ tinh hàng hải (INMARSAT) với các vệ tinh ở quỹ địa tĩnh (GSO) Năm 1996 INMARSAT phóng 3 trong số 5 vệ tinh của INMARSAT 3 để tạo ra các chùm búp hẹp chiếu xạ toàn cầu Hiện nay các

vệ tinh ở GSO cho phép các thiết bị di động mặt đất trên ô tô hoặc kích cỡ va li Tuy nhiên vẫn chưa thể cung cấp dịch vụ cho các máy thu phát cầm tay Các thành phần chính trong cơ sở hạ tầng của thông tin di động vệ tinh, được chỉ ra trong hình

vẽ 1.1

Hình 1-1: Các thành phần chính trong mạng thông tin di động vệ tinh

Hiện nay thông tin di động vệ tinh đang chuyển sang dịch vụ thông tin động cá nhân (PCS) với các máy thu phát cầm tay Đối với ứng dụng này các vệ tinh phải có quỹ đạo thấp (LEO) (độ cao vào khoảng 1000 km) và quỹ đạo trung MEO (độ cao khoảng 10.000 km) Các vệ tinh này sử dụng các chùm búp hẹp chiếu xạ mặt đất để tạo thành cấu trúc tổ ong giống như các hệ thống tổ ong mặt đất Tuy nhiên do vệ

tinh bay nên các chùm búp này di động và cơ bản trạm di động có thể coi là dừng đối với các búp hẹp (tổ ong) chuyển động khá nhanh.

Vệ tinh dùng cho hệ thống thông tin di động thường được sử dụng các loại vệ tinh bay ở những quỹ đạo khác nhau như loại vệ tinh có quỹ đạo tầm cao (GEO-vệ tinh địa tĩnh), quỹ đạo tầm trung (MEO) và quỹ đạo tầm thấp (LEO)

Hệ thống di động sử quỹ đạo tầm cao (GEO) thì số vệ tinh để phủ sóng toàn cầu

là ít (chỉ cần 3 là đủ) và số vệ tinh này thường đứng yên tương đối khi quan sát tại một vị trí bất kỳ trên mặt đất, do đó việc xử lý thông tin khi vệ tinh di chuyển xem như không có Do độ cao bay của vệ tinh là rất cao(35786 km) nên để phủ sóng các

ô nhỏ trên mặt đất, cần anten có kích thước lớn và cấu trúc phức tạp, công suất máy phát lớn, độ nhạy máy thu phải cao và chất lượng tốt Hiện nay quỹ đạo địa tĩnh được sử dụng rộng rãi nhất, đáp ứng nhiều dịch vụ truyền tin

Hệ thống di động sử dụng vệ tinh quỹ đạo tầm trung (MEO) và vệ tinh quỹ đạo tầm thấp (LEO) cần rất nhiều vệ tinh để phủ sóng toàn cầu 24/24 giờ, thời gian nhìn thấy vệ tinh ngắn, vùng phủ sóng vệ tinh luôn thay đổi Tuy vậy, có ưu điểm là công suất máy phát nhỏ (do cự ly gần), độ nhạy máy thu không yêu cầu cao, kích thước anten nhỏ, trọng lượng vệ tinh không lớn, trạm mặt đất giá thành rẻ Do đó hệ thống thông tin di động thường sử dụng vệ tinh LEO và MEO

Hệ thống thông tin di động vệ tinh kết hợp với các hệ thống thông tin khác trên mặt đất, đáp ứng ngày càng cao nhu cầu của con người Thời gian khởi đầu của sự phát triển thông tin vệ tinh di động có thể tính từ năm 1980, khi lần đầu tiên thông tin vệ tinh được cung cấp cho ngành hàng hải Kể từ đó, các dịch vụ truyền tin di động cho ngành hàng không và di động mặt đất cũng được phát triển liên tục

Các vệ tinh truyền thông được phân loại theo dạng quỹ đạo của chúng Đặc biệt,

có 4 loại được phân chia, đó là : Quỹ đạo địa tĩnh (GEO), quỹ đao elip tầm cao (HEO), quỹ đạo trung bình (MEO), quỹ đạo tầm thấp (LEO)

Trong những năm gần đây các đặc tính công suất, anten được gia tăng, những cải tiến trong công nghệ máy thu làm cho kích thước thiết bị đầu cuối đơn giản đi rất nhiều, từ đó máy di động cầm tay hoặc máy tính xách tay kết nối với các hệ thống thông tin vệ tinh được thực hiện dễ dàng Ngày nay các hệ thống thông tin vệ tinh di động có thể phục vụ các cuộc gọi thoại với máy di động cầm tay để liên lạc với bất kỳ một vị trí nào trên trái đất, giống như các mạng di động tế bào mặt đất

1.2 Tổ chức chung của hệ thống thông tin di động vệ tinh

1.2.1 Cấu trúc chung của hệ thống thông tin di động vệ tinh

Chìa khóa để phát triển dịch vụ thông tin di động vệ tinh là đảm bảo thông tin cá nhân mọi nơi mọi chỗ cho các máy thu phát cầm tay với giá thành hợp lý Sự ra đời

của hệ thống NGSO đã phần nào đạt được mục đích trên, và tạo cho những bước phát triển tiếp theo Dưới đây là cấu trúc điển hình của một hệ thống thông tin vệ tinh được cho ở hình dưới đây

Hình 1-2: Cấu trúc chung của một hệ thống thông tin di động vệ tinh

Để kết nối vào mạng, các máy di động của người sử dụng qua đường phục vụ truyền thông thông tin đến vệ tinh, sau đó vệ tinh chuyển thông tin này qua đường nuôi (Feeder link) đến trạm mặt đất cổng, ở trạm mặt đất cổng thông tin được truyền đến mạng PSTN đến các thuê bao của các mạng khác hoặc qua đường nuôi

và đường phục vụ đến một thuê bao di động khác của mạng di động vệ tinh Để điều khiển, bám và đo đạc từ xa cần có một trạm điều khiển, bám và đo đạc từ xa (TT&C)

1.2.2 Tổ chức quỹ đạo ở thông tin di động vệ tinh

Tùy thuộc vào độ cao so với mặt đất các quỹ đạo của vệ tinh trong hệ thống thông tin vệ tinh được phân chia thành:

- HEO: Quỹ đạo elip cao - MEO: Quỹ đạo trung

- GSO : Quỹ đạo địa tĩnh - LEO: Quỹ đạo thấp

Các vệ tinh ở GSO cho phép các thiết bị di động mặt đất trên ô tô hoặc kích cỡ vali, tuy nhiên vẫn chưa thể cung cấp dịch vụ cho máy thu phát cầm tay

Hiện nay thông tin di động vệ tinh đang chuyển sang dịch vụ thông tin di động

cá nhân (PCN) với các máy thu phát cầm tay, vì vậy các vệ tinh phải có quỹ đạo thấp (1000km) và quỹ đạo trung MEO (10000 km), các vệ tinh này sử dụng chùm tia chiếu xạ hẹp mặt đất để tạo thành cấu trúc tổ ong như hệ thống tổ ong mặt đất Tuy nhiên điều này đòi hỏi anten phức tạp hơn

Hình 1-3: Các quỹ đạo vệ tinh

Dưới đây ta xét hoạt động của hệ thống có nhiều quỹ đạo thấp ( gọi tắt đa LEO)

Hoạt động của vệ tinh đa LEO

Một vệ tinh LEO không thể cung cấp dịch vụ thời gian thực, vì trạm mặt đất chỉ

có thể nhìn thấy nó trong khoảng thời gian vài chục phút, trong khi đó chu kỳ quỹ đạo thông thường lên tới 100 phút Để đảm bảo phủ liên tục, phải sử dụng một chùm vệ tinh và số vệ tinh phụ thuộc vào độ cao của chúng, vào góc ngẩng tối thiểu của anten thu phát mặt đất (góc ngẩng cần thiết để giảm thời gian che chắn)

Các MEO hoạt động ở các độ cao cao hơn sẽ có chu kỳ quỹ đạo vào khoảng 6 giờ và có thể nhìn được trong khoảng 2 giờ MEO đòi hỏi ít vệ tinh trên quỹ đạo hơn vì có thể nhìn thấy chúng từ một vùng rộng hơn của quả so với LEO Ngoài ra góc ngẩng của anten có thể lớn hơn

Với LEO ta có phủ toàn cầu hay các vùng lựa chọn bằng các tia hẹp mô phỏng hình thái tổ ong của hệ của hệ thống mặt đất Tuy nhiên do độ cao và kích thước góc mở anten trên vệ tinh có hạn, các tia hẹp vẫn chiếu xạ các vùng rộng lớn ( vài trăm km) có thể gọi các vùng này là ô mega so với các ô macro và micro ở các hệ thống tổ ong mặt đất

Một trong những vấn đề cần giải quyết ở đây, lưu lượng người sử dụng có thể vượt xa số kênh cho phép của dải tần được cấp phát Vì thế cần tái sử dụng tân số giống như ở các hệ thống thông tin di động mặt đất Muốn vậy, vùng phủ được chia thành các ô nhờ các chùm tia hẹp Số ô càng lớn thì vùng hiệu suất tái sử dụng tần

số càng cao Tuy nhiên khi đó góc mở của anten vệ tinh phải lớn Ngoài ra cũng phải thực hiện chuyển giao nhiều hơn và nhanh hơn do chuyển động của vệ tinh ở quỹ đạo thấp Dưới đây là vùng phủ sóng điển hình của một vệ tinh

Hình 1-4: Vùng phục vụ được chia thành các ô nhờ tia hẹp để tái sử dụng tần số

Ngoài ra xét quan điểm nhiễu, các tia hẹp không chỉ giới hạn năng lượng trong một vùng hẹp hay một ô mà có thể tràn sang các ô khác do sự có mặt của các búp hướng bên Hình dưới đây cho thấy bốn vệt phủ liên tiếp (bốn ô) và các tia hẹp tạo nên vệt phủ này

Hình 1-5: Các tia hẹp liên tục và đường viền của chúng 1.2.3 Thiết kế chùm vệ tinh tổ ong

Để phủ tổ ong toàn cầu với chất lượng đảm bảo cần sử dụng chùm nhiều vệ tinh Hai yếu tố đóng vai trò quan trọng trong quá trình thiết kế: Độ cao của các vệ tinh trong chùm và góc ngẩng tia anten của máy thu phát mặt đất Hai yếu tố này cùng ảnh hưởng lên số lượng vệ tinh cần thiết Một mặt độ cao quỹ đạo càng cao thì vùng nhìn càng lớn và số lượng vệ tinh yêu cầu càng nhỏ Mặt khác nếu góc ngẩng càng lớn thì sự che chắn càng giảm nhưng số vệ tinh yêu cầu càng lớn Dưới đây ta

sẽ xét các chùm vệ tinh tổ ong

Chùm vệ tinh quỹ đạo cực

Ở các chùm vệ tinh này các vệ tinh bay qua cực hay ở quỹ đạo có góc nghiêng gần bằng 900.Từ hình này ta thấy, dải phủ là vùng phủ đối với một vệ tinh ở mặt phẳng quỹ đạo Độ rộng của dải phủ phụ thuộc vào góc ngẩng và độ cao vệ tinh

Do trái đất quay, nên giải phủ sẽ dịch chuyển về hướng tây và phụ thuộc vào độ cao Độ rộng của dải phủ có thể có thể không bằng trường nhìn Kích thước của vệt phủ được thiết kế theo góc ngẩng cực tiểu và chu vi vùng phủ Tất cả các tia hẹp (các ô) trong vùng phủ đều đảm bảo góc ngẩng bằng hoặc lớn hơn yêu cầu cho mọi người sử dụng Ở các chùm quỹ đạo cực, số vệ tinh được phóng vào các quỹ đạo tròn ở các mặt phẳng quỹ đạo đều bằng nhau

Hình 1-6: Vệ tinh LEO quỹ đạo cực

Các chùm quỹ đạo nghiêng

Ở đây các chùm quỹ đạo cực có xu hướng tập trung các vệ tinh ở gần cực thì các chùm quỹ đạo nghiêng có xu thế phân bổ các vệ tinh đồng đều nhau hơn trên toàn cầu Thiết kế này được Loral sử dụng cho hệ thống Globalstar LEO và TRW sử dụng cho hệ thống Odyssey MEO của họ

Chùm này bao gồm tổng số T vệ tinh với S vệ tinh được phân bố đồng đều cho

P mặt phẳng, tất cả các mặt phẳng quỹ đạo đều có cùng góc nghiêng trực tiếp, cùng

độ cao và cùng độ lùi nút tăng Hình vẽ 1.7 mô tả mối quan hệ giữa các thông số của quỹ đạo nghiêng, trong đó:

Chùm được ký hiệu bởi T/P/F

T: Tông số vệ tinh

P: Số mặt phẳng quỹ đạo

F: Thông số chỉnh pha

LOPT: Góc nghiêng tối ưu cho tất cả các mặt phẳng

3600/T: Hiệu số pha giữa các vệ tinh ở hai mặt lân cận

Người sử dụng máy di động trong một ô hầu như được cố định vì các vệt phủ của các tia chia mặt đất thành các dải phủ Vì thế mạng biết trước cần chuyển giao

sang ô nào Chẳng hạn máy di động chuyển vào ô B và C rồi vào D Ở các hệ thống mặt đất các ô cố định, hướng chuyển động của máy di động không được biết trước

và máy có thể chuyển động vào một trong bốn hướng hoặc không chuyển động

Ở các hệ thống thông tin di động tổ ong vệ tinh, chuyển giao chủ yếu là nhiệm

vụ của mạng Vệt vệ tinh chuyển dịch rất nhanh và máy di động nhanh chóng chuyển từ ô này sang một ô khác, và các ô do các tia hẹp tạo ra không có dạng hình tròn, trừ một điểm ngay dưới vệ tinh

1.2.4 Phân bổ tần số cho thông tin di động vệ tinh

Phân bổ tần số cho các hệ thống thông tin di động vệ tinh là một quá trình rất phức tạp đòi hỏi sự cộng tác quốc tế và có quy hoạch Phân bổ tần số được thực hiện dưới sự bảo trợ của Liên đoàn viễn thông quốc tế (ITU) Để tiện cho việc quy hoạch tần số, toàn thế giới được chia thành ba vùng:

Vùng1: Châu Âu ,Châu Phi, Liên Xô cũ và Mông Cổ

Vùng 2: Bắc Mỹ, Nam Mỹ, và Đảo Xanh

Vùng 3: Châu Á(trừ vùng 1), Úc và Tây nam Thái Bình Dương

Phân bổ tần số cho đường dịch vụ

Băng tần dành cho thông tin di động vệ tinh tại WARC-87 được cho ở hình dưới đây

Bảng 1-1: Băng tần dành cho thông tin di động vệ tinh WARC-87 quy định

MMSS : Dịch vụ vệ tinh di động hàng hải

LMSS: Dịch vụ di động mặt đất

AMSS: Dịch vụ di động hàng không

RDSS: Dịch vụ định vị máy vô tuyến

(1): Cho phép tầu thuyền và máy bay thông tin qua vệ tinh

Tại WARC-92 các băng tần bổ sung được phân bổ cho dịch vụ thông tin di động NGSO và dịch vụ định vị máy vô tuyến RDSS Trước hội nghị này, không tần số nào được dành cho cho các hệ thống NGSO Phân bổ tần số cho dịch vụ thông tin di động tại WARC-92 được cho ở bảng dưới đây Với chú ý rằng phân vùng của ITU như sau:

- Vùng 1: Châu Âu, Châu Phi, Trung Đông và các nước SGN

- Vùng 2: Châu Mỹ

- Vùng 3: Châu Á trừ Trung Đông, Nga và Châu Úc

Bảng 1-2: Phân bổ tần số được quy định ở WARC-92

Phân bổ tần số cho

dịch vụ MSS, RDSS

Vùng 1 trên thế giới của ITU

Vùng 2 trên thế giới của ITU

Vùng 3 trên thế giới theo ITU

MSS MSS MSS.mss mss.lmss

MSS

MSS mss MSS mss MSS LMSS mss mss MSS MSS MSS MMSS, LMSS MMSS MMSS MSS AMSS(R) LMSS MMSS, RDSS MMSS, RDSS MMSS, RDSS.mss MSS

MMSS.lmss MMSS.LMSS MSS AMSS LMSS LMSS MSS MSS MSS MSS MSS mss MSS MSS mss MSS MSS MSS.RDSS MSS MSS

lmss

MMSS.rdss MMSS.rdss MMSS, rdss.mss MSS

rdss.MSS

Phân bổ tần số cho đường nuôi

WARC-92 chỉ đưa ra phân bố phổ tần cho đường dịch vụ chứ không phân bố tần

số cho đường nuôi Vấn đề này được giải quyết tại hội nghị vô tuyến quốc tế năm

1999 (WARC-95) Ba băng : Băng C, Ku , Ka được WARC-95 phân bổ cho đường nuôi được cho ở bảng dưới đây

Bảng 1-3: Phân bố tần số cho một số hệ thống LEO lớn cho một hệ thống CDMA

Đường xuốngHai chiều Đường xuống

Đường lên/đường xuốngĐường lên

GlobalstarICO global communicationMobile communication

MCHELLIPSO

IridiumOdyssey

Phân bổ tần số cho một số hệ thống thông tin di động vệ tinh tổ ong LEO lớn

Bảng dưới đây tổng kết tần số được sử dụng bởi các hệ thống này

Bảng 1-4: Phân bố tần số cho một số hệ thống LEO lớn cho nhiều hệ thống CDMA

1.3 Đặc điểm của thông tin di động vệ tinh

Thông tin di động vệ tinh cho phép khai triển mạng băng rộng thế hệ mới, cung cấp đa dịch vụ trên một thiết bị đầu cuối trên nền IP tốc độ cao Tính năng của các dịch vụ cung cấp trên vệ tinh cũng giống như các dịch vụ trên nền IP hiện có trên mạng mặt đất: Thoại(VoIP), truy nhập internet tốc độ cao (Mega), mạng riêng ảo (Mega Wan), dịch vụ truyền hình hội nghị, dịch vụ truyền hình quảng bá, dịch vụ truyền hình theo yêu cầu, dịch vụ đào tạo từ xa….Nó kết nối thẳng đến các nhà cung cấp dịch vụ thông qua vệ tinh, tránh được tình trạng xảy ra tắc nghẽn đường truyền tại các chặng gián tiếp như nội hạt, nội tỉnh, liên tỉnh …làm giảm tốc độ kết nối với dịch vụ, chỉ khác là phương thức truyền ở đây sử dụng vệ tinh (truyền vô tuyến)

1.3.1 Ưu điểm

Có thể phát triển mạng toàn cầu, dễ dàng phân bố và cân bằng lưu lượng, chi phí

hạ tầng cơ sở thấp, nhiều khả năng gia tăng lợi nhuận ở các dịch vụ mới

Hệ thống thông tin di động vệ tinh ngoài làm môi trường truyền dẫn, còn cung cấp các dịch vụ bao phủ toàn cầu với việc sử dụng các băng tần C, Ku, Ka Nó khắc phục được một nhược điểm ”Nút cổ chai” trong các hệ thống mặt đất bằng việc đóng vai trò như một mạng chuyển tiếp cung cấp dịch vụ trực tiếp cho khách hàng

Hệ thống Băng tần đường dịch vụ Băng tần đường nuôi

1610 – 1621,25 (độ rộng :11,35 MHz) (2)

1621,35 – 1626,5 MHz 1618,265-1621,35 MHz (độ rộng : 3,1 MHz) Đường giữa vệ tinh

2583 – 2500 MHz

1610 – 1618,25 MHz (độ rộng : 8,25 MHz) (1)

1610 – 1621,5 MHz (độ rộng :11,25 MHz) (2)

29,1 – 25,1 MHz

19,3 – 19,6 MHz

5/7 GHz

Thiết lập mạng nhanh, dễ dàng nâng cấp và mở rộng mạng lưới mà không làm gián đoạn liên lạc, tốc độ đường truyền đa dạng tùy thuộc vào yêu cầu của khách hàng…Đặc điểm nổi bật là có thể phủ sóng internet toàn cầu và viễn thông đến tất cả các vùng miền xa xôi, địa hình hiểm trở mà đường kết nối hay cáp quang không thể kéo tới (hoặc có thể nhưng mức phí như trên trời ) với chất lượng như nhau Ví dụ một doanh nghiệp đặt trụ sở giữa cánh đồng ở Đông Anh chẳng hạn, cũng có thể sử dụng VSAT hoàn toàn dễ lắp đặt và kinh tế hơn nhiều việc kết nối theo kiểu truyền thống

Các nhà cung cấp dịch thiết bị và nhà điều hành hệ thống phải đối mặt với vấn

đề trễ trong các dịch vụ thoại và số liệu hai chiều Các hệ thống hiện nay sử dụng các quỹ đạo địa tĩnh GEO, ở độ cao 36.000 km Khoảng cách lớn làm tăng thời gian trễ của các dịch vụ hai chiều, các dịch vụ tương tác Tuy nhiên các hệ thống nhân tạo mới như Iridium, Teledesic dùng các quỹ đạo thấp hơn nhiều LEO có thời gian trễ nhỏ nhất và tiêu thụ năng lượng máy phát nhỏ hơn Nhưng lại vấp phải khó khăn

là giá cả rất cao

Thông tin di động cũng có nhược điểm trầm trọng về mặt kỹ thuật, các dịch vụ dựa vào thông tin vệ tinh có thể bị máy bay che khuất và tất nhiên có thể bị các vệ tinh có quỹ đạo thấp hơn che khuất Ánh sáng mặt trời cũng có thể tác động lên tín hiệu và tín hiệu có thể mất đi trong một thời gian khi mặt trời đi qua sau các vệ tinh trong ngày đông chí và hạ chí Tuổi thọ của vệ tinh phụ thuôc vào nhiên liệu nó mang theo Khi nhiên liệu hết, thì vệ tinh nhân tạo trở nên vô dụng

Khi có nhiều đường truyền hai chiều đến vệ tinh thì vấn đề cấp phép và dung lượng cần thiết trở nên phức tạp khi có nhiều cơ quan tham gia FCC chịu trách nhiệm quản lý trong không gian, ITU-R, và NASA thì quyết định sóng nào sẽ về quỹ đạo và ở đâu

Trở ngại cuối cùng của các hệ thống thông tin vệ tinh là sự đông đúc của các vệ tinh cũng gây ra rắc rối Các vị trí thuận lợi của các vệ tinh GEO đã được chiếm giữ nhiều năm, tương tự cũng xảy ra với các vệ tinh LEO Việc chia nhau dải thông hạn chế giữa lượng người sử dụng khổng lồ sẽ trở thành bài toán nan giải

Trong vài năm qua, thị trường thông tin vệ tinh nói chung, và thông tin di động

vệ tinh nói riêng có phần chững lại Tuy nhiên với những ưu điểm nổi bật của mình

về khả năng truyền dẫn, khả năng cung cấp dịch vụ băng rộng, các dịch vụ internet băng rộng và cùng với sự phát triển kinh tế thế giới, thì thị trường thông tin di động

vệ tinh của khu vực này sẽ tiếp tục phát triển mạnh mẽ hứa hẹn có viễn cảnh tốt đẹp trong tương lai

1.4 Dịch vụ thông tin di động vệ tinh

1.4.2 Dịch vụ vệ tinh cố định (FSS)

FSS cho phép liên kết truyền thông vô tuyến giữa hai hay nhiều trạm mặt đất cố định tại các vị trí cho trước khi sử dụng một hay nhiều vệ tinh Vị trí có thể là điểm xác định hay các điểm cố định nằm trong vùng xác định Đôi khi các dịch vụ bao gồm các liên kết vệ tinh – vệ tinh có thể hoạt động ở những dịch vụ liên vệ tinh FSS có thể là các liên kết cung cấp cho dịch vụ truyền thông không gian khác, bao gồm MSS hay MSS LES cung cấp dịch vụ cho FES

Tín hiệu FSS được chuyển tiếp giữa nhiều FES, nhờ các hệ thống phức tạp, lớn và đắt tiền Hiện nay nhiều hệ thống địa phương như Optus ở Australia và JCSAT ở băng Ka (30/20 GHz), Nhật hoạt động ở băng Ku (30/14GHz), Olympus và CS bao phủ phần lớn các nước Châu Âu và Nhật Dịch vụ này có thể gồm các mạng thoại

vệ tinh và VSAT

Hình 1-9: Dịch vụ vệ tinh cố định 1.4.3 Dịch vụ di động vệ tinh (MSS)

MSS gồm 3 kiểu dịch vụ GMSC: Hàng hải, mặt đất, hàng không và có thể gồm

cả các phân đoạn không gian, gồm các trạm mặt đất và di động với các ứng dụng của nó, trung tâm phối hợp và điều khiển các giao diện TTN với các thuê bao như chỉ ra trong hình dưới đây

MSS cho phép liên kết vệ tinh giữa các trạm di động vệ tinh với các trạm không gian hay giữa các trạm không gian sử dụng cho dịch vụ này hay giữa các trạm di động vệ tinh tới các trạm không gian

Hình 1-10: Dịch vụ di động vệ tinh

Trạm mặt đất trong mạng di động vệ tinh có thể là trạm gần bờ (CES) cho cả ứng dụng mặt đất hay hàng hải và các trạm mặt đất (GES) chỉ dành cho ứng dụng hàng không Việc phân lớp mới này có thể là một kế hoạch tạm thời nhưng quan trọng để đưa ra những ý tưởng hợp lý để sau này có những thuật ngữ phổ biến thực

tế cho điều khiển di động vệ tinh toàn cầu

Dịch vụ di động vệ tinh hàng hải (MMSS)

MMSS là dịch vụ mà các MES đặt trên các tàu thương mại hoặc quân sự, các công trình trên biển, tàu thả nổi… Các thiết bị hàng hải xác định (Emergency Position Indicating Beacon), các trạm cố định hay di động có thể tham gia dịch vụ này EPIRB là trạm mặt đất xác định trong MMSS, phát tín hiệu dành riêng cho SAR hoạt động khẩn cấp cho những tàu lớn gặp nguy hiểm trong các ứng dụng hàng hải

Dịch vụ MMSS cho phép liên kết vệ tinh di động giữa CES và trạm trên tàu, giữa các SES, các tàu liên kết hay các trạm truyền thông vệ tinh ở mọi nơi trên biển SES là trạm mặt đất di động trong MMSS ở những bề mặt di chuyển trên biển trong giới hạn địa lý quốc gia hay lục địa Xác định trong truyền thông hàng hải, một tàu tương thích với SES gần cảng có thể hoạt động với CES hay SES khác trong những trường hợp sự cố hay vì mục đích thương mại

Dịch vụ di động vệ tinh mặt đất (LMSS)

MES được đặt trên xe car, xa tải, bus, tàu hay các xe dân sự, quân sự, cung cấp cho truyền thông hậu cần và thương mại, đó là trạm mặt đất di chuyển (TES) Bên cạnh đó, các tín hiệu định vị mặt đất cũng có thể tham gia vào dịch vụ này như một trạm mặt đất đặc biệt trong LMSS Nó rất thích hợp cho các ứng dụng quân sự, thám hiểm địa cực, sa mạc, những vùng nông thôn xa

LMSS cho phép liên kết vệ tinh di động giữa CES và trạm trên xe (VES), giữa các VES hay các trạm MSC liên kết VES là một trạm mặt đất di động trong LMSS

ở những bề mặt di chuyển trên đường bộ, đường sắt trong giới hạn địa lý một nước hay lục địa CES là trạm hàng hải sử dụng cho LMSS đặt tại những điểm cố định xác định trên bờ biển, cung cấp liên kết cho MMSS VES là trạm mặt đất di động gắn trên xe đường bộ, đường sắt, cung cấp liên kết truyền thông cho thuê bao trên đất liền qua CES và vệ tinh

Dịch vụ di động vệ tinh hàng không (AMSS)

Ở dịch vụ này, các MES được đặt trên các loại máy bay, trực thăng hay các thiết

bị hàng không dân, quân sự khác Dịch vụ này gồm các loại thông tin vệ tinh như liên kết lập kế hoạch bay, các tuyến hàng không dân sự quốc tế và toàn thế giới Thiết bị đầu cuối xác định ELT, cố định hay di động trên các trạm hàng không trong dịch vụ này như trạm mặt đất đặc biệt trong AMSS, cho phép SAR hoạt động trên biển, sa mạc, đất liền hay các ứng dụng hàng không khác

AMSS cho phép liên kết di động vệ tinh giữa GES và trạm trên máy bay (AES), giữa các AES, các máy bay liên kết hay các trạm thông tin vệ tinh khác AES là trạm mặt đất di động trong AMSS có thể bay và chuyển động trong không gian trong giới hạn địa lý các nước hay lục địa GES là trạm hàng không đặt tại những điểm xác định trên mặt đất để cung cấp liên kết cho AMSS AES là trạm hàng không cố định trên máy bay có thể cung cấp liên kết truyền thông tới thuê bao mặt đất qua GES và vệ tinh

1.4.4 Dịch vụ di động vệ tinh cá nhân (PMSS)

Trong dịch vụ này, các MES được vận hành bởi bất kỳ người nào và bất cứ đâu

sử dụng thiết bị cầm tay Hệ thống có thể phục vụ cho cả GMSC và GMPSC Thiết

bị cảnh báo di động mặt đất PLB có thể tham gia vào dịch vụ này thậm chí có thể liên kết với một số hệ thống Cospas-Sarsat

Dịch vụ cho phép liên kết các trạm vệ tinh mặt đất và trạm mặt đất cá nhân (PES), các PES và các trạm thông tin vệ tinh với cùng nhà cung cấp hay cùng dải tần PES là các trạm mặt đất di động trong PMSS, đó là các thiết bị cầm tay của những cá nhân, thương nhân, người sử dụng chuyên nghiệp trên biển hay đất liền

Hệ thống mới này có thể cung cấp 3 kiểu dịch vụ GMSC: Hàng hải, đất liền và hàng không…

1.4.5 Dịch vụ vệ tinh hàng hải vô tuyến (RNSS)

RNSS sử dụng cho mục đích an toàn hàng hải và an ninh cho chuyến tàu, tuyến bay, gồm cả cảnh báo chướng ngại vật RNSS là hệ thống định hướng, chỉ có trạm

di động mới biết được vị trí của chúng, những cái khác thì không thể Dịch vụ gồm:

• Dịch vụ vệ tinh điều hướng vô tuyến hàng hải (MRNSS): Là dịch vụ định hướng cho các thiết bị trên tàu

• Dịch vụ vệ tinh điều hướng vô tuyến mặt đất (LRNSS): Dịch vụ định hướng cho thiết bị mặt đất

• Dịch vụ vệ tinh điều hướng vô tuyến hàng không (ARNSS): Dịch vụ định hướng cho thiết bị hàng không.

1.4.6 Dịch vụ vệ tinh định vị vô tuyến (RDSS)

RDSS là dịch vụ xác định với mục đích định vị vô tuyến cho các trạm không gian và có thể gồm cả liên kết cung cấp cần thiết cho hoạt động của chúng Dịch vụ định vị vô tuyến vệ tinh xác định vị trí, tốc độ hay các tham số khác cho những vật chuyển động và các ứng dụng di động hay thu thập thông tin liên quan tới các tham

số đó qua đặc tính lan truyền của sóng vô tuyến

Một RDSS điển hình là Iridium, nó cung cấp truyền thông thoại song hướng và dịch vụ định vị Qua hệ thống này, một trạm di động có thể xác định vị trí của nó trong khi người dùng khác không biết được vị trí đó Ví dụ như các thiết bị cầm tay,

cố định và các trạm mặt đất được cài đặt trong một cơ quan hay gắn trong xe Khác với hệ thống định vị một hướng vô tuyến, RDSS là hệ thống định hướng hai chiều

1.4.7 Dịch vụ di động vệ tinh quảng bá (BCMSS)

BCMSS là giải pháp truyền thông vô tuyến một hướng, tín hiệu truyền từ các trạm mặt đất hay truyền lại từ trạm không gian cho hướng nhận công cộng qua các máy thu vệ tinh và anten thích hợp Tín hiệu phát quảng bá được truyền từ vị trí cố định trên mặt đất tới vệ tinh và sau trở lại tất cả các MES, phân bố ra bởi cáp mạng hay các máy thu cá nhân trực tiếp Dịch vụ này yêu cầu tạo ra công suất RF lớn từ

vệ tinh cho phép thu bằng các anten nhỏ gắn trong di động hay trạm mặt đất

Hình 1-11: Dịch vụ di động vệ tinh và quảng bá cố định

1.4.8 Dịch vụ di động vệ tinh băng rộng (BBMSS)

BBMSS là dịch vụ thông tin vô tuyến hai hay nhiều hướng, tín hiệu được phát bởi các trạm mặt đất hay phát lại bởi các trạm không gian và được các thiết bị di động nhận trực tiếp nhờ các bộ thu vệ tinh có anten thích hợp Hệ thống mới này tương tự mạng quang, cung cấp nhiều dịch vụ đa phương tiện tương tác tiên tiến tốc

độ cao như voice, video, dịch vụ dữ liệu tốc độ biến đổi, teletex, hội nghị truyền hình, học từ xa, đồ hoạ độ phân giải cao…

BBMSS được phát triển bởi nhà điều hành MSC băng rộng và sẽ sớm giới thiệu các dịch vụ đa phương tiện cho khách hàng ở cả 3 ứng dụng di động, cho phép liên lạc mọi lúc, mọi nơi Dịch vụ cung cấp 2 loại truyền thông không dây tốc độ cao Dịch vụ cả ngoài và trong nhà có thể cho phép truyền với tốc độ lên tới 30Mb/s, dịch vụ thứ 2 chỉ sử dụng trong nhà có tốc độ lên tới 60Mb/s Dịch vụ thứ 2 không thể cung cấp rộng rãi tới các vùng miền trong môi trường di động

Mạng số hoạt động ở các kênh 64Kb/s dựa vào cơ cấu STM Phương thức này chủ yếu cho truyền thông, nên chức năng chuyển mạch cho dịch vụ tốc độ biến đổi khá khó khăn Do đó đòi hỏi phương thức chuyển mạch mới linh động, ATM được phát triển đáp ứng được yêu cầu này Đặc điểm cơ bản của ATM là đầu vào là các

tế bào độ dài cố định được chuyển mạch và truyền trên mạng băng rộng đến đích được khôi phục lại dạng ban đầu Dịch vụ này yêu cầu các thiết bị chuyển mạch phải hoạt động ở tốc độ cao như dịch vụ đa phương tiện, hội nghị truyền hình, Fax màu, HiFi music/HDTV

1.4.9 Dịch vụ di động vệ tinh khí tượng (MLMSS)

Đây là lĩnh vực xác định cho truyền thông dữ liệu về khí tượng qua vệ tinh, tín hiệu phát từ các trạm mặt đất hay trạm không gian và được thu trực tiếp ở các trung tâm khí tượng Thực tế, dịch vụ này chỉ truyền dữ liệu khí tượng một hướng từ các trung tâm khí tượng qua các hệ thống MSC, bao gồm các vấn đề thuỷ học, quan trắc, thám hiểm tàu, dầu khí…Các thông tin khí tượng, bản tin, cảnh báo thời tiết rất cần thiết đảm bảo an toàn cho tàu thuyền và máy bay

Các tàu không gian xác định cho phép quan sát và đo đạc nhiều yếu tố tự nhiên

và gửi về trái đất Những vệ tinh thời tiết phức tạp (WX) rất thích hợp để thu thập

dữ liệu khí tượng hàng ngày, thông tin khí hậu, đo đạc và dự báo Thông tin dự báo

và dữ liệu của các WX phải được truy cập nhanh và đơn giản Nhu cầu ngày càng tăng về những nguồn năng lượng mới đòi hỏi phải tìm kiếm dầu khí ở những vùng biển khó tiếp cận và nguy hiểm Những ràng buộc quân sự đã làm hạn chế nhiều

hoạt động trên biển, do đó cần có các hệ thống dự báo WX và nó nhanh chóng trở nên phổ biến đối với lĩnh vực hàng hải, hàng không.

Các thông tin này được gửi từ vệ tinh WX qua các nghiên cứu bên ngoài để trạm mặt đất nhận, phân tích và hiển thị sẵn sàng cho khách hàng Các dịch vụ được phát triển và vận hành bởi US NOAA, Russian (CIS), ESA, Japan, China India… Dịch

vụ WX phổ biến là Wefax được truyền bởi GOES và APT từ vệ tinh PEO NOAA

CHƯƠNG 1 - CẤU TRÚC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI

ĐỘNG VỆ TINH

Trong nhiều năm nay, khi hệ thống thông tin di động tế bào mặt đất được phát triển thì hệ thống thông tin di động vệ tinh cũng được quan tâm phát triển.Với những ưu điểm là vệ tinh có thể phủ sóng trên toàn cầu với mọi địa hình, vì vậy việc

sử dụng cho các dịch vụ viễn thông toàn cầu cố định cũng như di động dễ dàng thực hiện và hiện nay đang được kinh doanh và khai thác trên toàn thế giới

2.1.Cấu trúc mạng thông tin di động vệ tinh

Cấu trúc mạng thông tin di động vệ tinh gồm 3 thực thể hoặc còn gọi là ba phân đoạn: Phân đoạn mặt đất, phân đoạn người sử dụng, và phân đoạn không gian Hình 2.1 mô tả sơ đồ cấu trúc cơ bản của mạng truy nhập thông tin di động vệ tinh

Hình 2-9: Cấu trúc tổng quát mạng thông tin di động vệ tinh

2.1.1.Phân đoạn người sử dụng

Phân đoạn người sử dụng bao gồm các thiết bị đầu cuối của người sử dụng Các đặc tính của một thiết bị đầu cuối có quan hệ chặt chẽ với các yêu cầu thích ứng với môi trường làm việc Các thiết bị đầu cuối có thể được phân làm hai loại chủ yếu:

- Các thiết bị đầu cuối di động cầm tay cá nhân hoặc đặt trong phương tiện di động như xe hơi

- Các thiết bị đầu cuối di động được thiết kế theo nhóm được đặt trên tàu, xe lửa hoặc trong hàng không.

Hình 2-10: Mô tả cấu trúc bên trong một cổng chính

Trong sơ đồ cấu trúc trên: Cổng con chính GWS gồm hệ thống con thu phát GTS, và bộ điều khiển trạm cổng chính GSC

Trung tâm điều khiển mạng NNC cũng như trạm quản lý mạng NMS được kết nối với hệ thống quản lý thông tin khách hàng CIMS để phối hợp truy nhập đến nguồn vệ tinh và tạo các chức năng logic để phối hợp trong việc quản lý và điều khiển mạng

2.1.3 Phân đoạn không gian

Phân đoạn không gian cung cấp kết nối giữa những người sử dụng mạng và các cổng chính Phân đoạn không gian của các thế hệ vệ tinh mới sau này cung cấp kết nối trực tiếp giữa các người sử dụng di động vệ tinh Phân đoạn không gian vệ tinh

có thể bao gồm một hoặc nhiều chùm vệ tinh và mỗi chùm có quỹ đạo và thông số

vệ tinh riêng Các chùm vệ tinh thường được tạo thành bởi một dạng quỹ đạo cụ thể Việc lựa chọn các thông số quỹ đạo của một phân đoạn không gian được xác định bởi các yêu cầu về chất lượng dịch vụ (QoS) đối với vùng phủ sóng như mong muốn.

Hiểu một cách đơn giản thì chức năng của một vệ tinh truyền thông có thể xem như một bộ lặp từ xa mà chức năng chủ yếu của nó là thu sóng mang vô tuyến và truyền lại cho các máy thu theo tuyến xuống Các vệ tinh truyền thông ngày nay có các bộ lặp đặt đa kênh và chúng làm việc giống như bộ lặp tiếp sức của các tuyến vi

ba mặt đất Con đường của mỗi kênh trong bộ lặp đa kênh gọi là bộ phát đáp, trong

đó bao gồm nhiệm vụ khuyếch đại tín hiệu, triệt nhiễu và chuyển đổi tần số

Các vệ tinh có thể kết nối với nhau thông qua các tuyến kết nối giữa các hệ thống với nhau (ISL ) hoặc giữa các quỹ đạo với nhau (IOL ) hoặc có thể hỗn hợp các kết nối để hình thành các mạng trong không gian

Hình 2.3 Mô tả ví dụ bốn kiểu kết nối mạng vệ tinh truyền thông, trong đó sử dụng cả vệ tinh không địa tĩnh (NGEO) và vệ tinh địa tĩnh (GEO) kết hợp với nhau

Hình 2-11: Ví dụ các cấu trúc mạng vệ tinh truyền thông di động phủ sóng toàn cầu.

2.1.4 Các kênh logic

Các mạng thông tin di động vệ tinh cũng có cấu trúc kênh tương tự như các phần mặt đất tương ứng của chúng Quan trọng ở đây là khi tích hợp giữa các mạng tương ứng với nhau Ví dụ việc tích hợp các kênh theo chuẩn Châu Âu ETSI với các đặc tính của vô tuyến di động vệ tinh địa tĩnh GMR

Các kênh lưu lượng vệ tinh S-TCH được sử dụng để mang tín hiệu thoại đã được mã hóa hoặc dữ liệu của người sử dụng.Các kênh logic GMR-2 của ETSI được tổ chức giống như hệ thống di động GSM.Chúng được phân thành các kênh lưu lượng và các kênh điều khiển Khuyến nghị (ETS-99b) sử dụng bốn kênh lưu lượng:

- Kênh lưu lượng vệ tinh toàn tốc độ S-TCH/F: Tốc độ khối dữ liệu là 24 kbit/s

- Kênh lưu lượng vệ tinh 1/2 tốc độ S-TCH/H: Tốc độ khối dữ liệu là 12 kbit/s

- Kênh lưu lượng vệ tinh 1/4 tốc độ S-TCH/Q: Tốc độ khối dữ liệu là 6 kbit/s/

- Kênh lưu lượng vệ tinh 1/8 tốc độ S-TCH/E: Tốc độ khối dữ liệu là 3 kbit/s.Các kênh điều khiển được sử dụng để mang tín hiệu báo hiệu và tín hiệu đồng bộ

2.2.Hệ thống di động vệ tinh địa tĩnh

2.2.1 Đặc tính chung

Các vệ tinh địa tĩnh được sử dụng để cung cấp các dịch vụ truyền tin cố định và

di động đã trên 20 năm Quỹ đạo địa tĩnh là một dạng quỹ đạo địa đồng bộ, có chu

kỳ quỹ đạo là 23 giờ 56 phút 4,1 giây Chu kỳ thời gian đó còn được gọi là ngày thiên văn,và bằng thời gian trái đất quay quanh trục của nó Như vậy vệ tinh địa tĩnh xem như là đứng yên so với mọi điểm trên quả đất Quỹ đạo của vệ tinh địa tĩnh là tròn và nằm trên mặt phẳng xích đạo

Hình 2-12: a)Thông tin vệ tinh qua một bước nhảy b)Thông tin vệ tinh qua hai

bước nhảy

Đối với thông tin vệ tinh di động khi cần liên lạc trực tiếp giữa hai máy di động

mà không sử dụng bước nhảy kép (như mô tả ở hình 2.4) thì cần có bộ xử lý riêng biệt ở phía vệ tinh cùng với các chức năng giám sát cuộc gọi hoặc có thể đặt ở đoạn mặt đất

Việc phủ sóng liên tục theo vùng hoặc theo lục địa có thể được thực hiện với một vệ tinh đơn, và trong nhiều trường hợp có thể sử dụng một vệ tinh thứ hai làm

dự trữ để đảm bảo liên lạc trong trường hợp vệ tinh thứ nhất gặp sự cố Hiện nay đã

có một số hệ thống thông tin di động vệ tinh sử dụng chùm vệ tinh địa tĩnh để phục vụ cho các dịch vụ di động toàn cầu hoặc theo vùng lục địa

Vệ tinh địa tĩnh ngày nay có thể cung cấp nhiều dịch vụ khác nhau, bao gồm cả cố định và di động có khả năng phủ sóng toàn cầu

2.2.2 Hệ thống thông tin vệ tinh Inmarsat

Hệ thống INMARSAT có ba lĩnh vực phân chia phục vụ cho các vệ tinh địa tĩnh sau:

- Các vệ tinh phủ sóng phục vụ các vùng Đông Đại Tây Dương (AOR-E) và Tây Đại Tây Dương (AOR-W), Thái Bình Dương (POR) và Ấn Độ Dương (IOR);

- Hệ thống các trạm mặt đất (LES) cung cấp kết nối với các mạng mặt đất Hiện nay INMARSAT có 40 trạm chủ mặt đất phân chia theo vùng địa lý kết nối với các mạng mặt đất

- Các trạm mặt đất di động phục vụ người sử dụng liên lạc thông qua vệ tinh

Hiện nay INMARSAT sử dụng 4 vệ tinh địa tĩnh INMARSAT-3 để phủ sóng và 6

vệ tinh dự phòng bao gồm 3 vệ tinh INMARSAT-3 và 3 vệ tinh INMARSAT-2 INMARSAT cũng có 3 vệ tinh khác cho thuê

Bảng dưới đây cho biết vùng phủ sóng và tọa độ các vệ tinh INMARSAT

Bảng 2-5: Vùng phủ sóng và tọa độ các vệ tinh INMARSAT

Vùng phủ sóng Tọa độ vệ tinh Các vệ tinh dự phòng

AOR-W INMARSAT-3 F4(540 W) INMARSAT-2 F2(980 W)

INMARSAT-3F2(15,50 W)AOR-E INMARSAT-3F2(15,50 W) INMARSAT-3F5(250 E)

INMARSAT-3F4(540 W)IOR INMARSAT-3F1(640 E) INMARSAT-2F3(650 E)

POR INMARSAT-3F3(980 E) INMARSAT-2F1(1790 E)

Hệ thống INMARSAT có những dịch vụ tùy chọn và qua các giai đoạn nâng cấp:

- INMARSAT-A cung cấp dịch vụ thoại (300-3400Hz),sử dụng sóng mang điều chế tần số trên kênh đơn (FM/SCPC).INMARSAT-A phát ở dải tần 1.635,5-1.645 MHz

và thu ở dải tần 1.535-1.543,5 MHz, trong khi đó kênh dữ liệu cách biệt nhau 25 Khz Các thiết bị đầu cuối INMARSAT-A không còn được sản xuất nữa

- INMATSAT-B được đưa vào năm 1993, với mục đích cung cấp tùy chọn số hóa cho các dịch vụ thoại của INMARSAT-A Hệ thống INMARSAT-B hoạt động trong băng tần 1.626,5-1.646,5 MHz cho chế độ phát và băng tần 1.525-1.545 MHz cho chế độ thu

- INMARSAT-C cung cấp các dịch vụ với tốc độ dữ liệu thấp ở khoảng 600bit/s, hệ thống sử dụng mã chập 1/2 tốc độ, chiều dài cố định là 7 để truyền với tốc độ 1200 bit/s Hệ thống INMARSAT-C hoạt động trong dải tần phát là 1626,5-1645,5MHz

và dải tần thu là 1530-1545 MHz, sử dụng bước nhảy khoảng 5 KHz

- INMARSAT-M là hệ thống phục vụ chủ yếu trong các lĩnh vực hàng hải và di động mặt đất Hệ thống INMARSAT-M hàng hải hoạt động trong dải tần phát là 1.626,5-1.660,5 MHz và dải tần thu là 1.525-1.559 MHz, với một khoảng giữa các kênh là 10KHz