Vệ tinh thông tin (tiếng Anh: communications satellite, đôi khi viết tắt là SATCOM), hay còn được gọi là vệ tinh truyền thông, là vệ tinh nhân tạo đặt trong không gian dùng cho viễn thông. Vệ tinh thông tin hiện đại có nhiều loại quỹ đạo như quỹ đạo địa tĩnh, quỹ đạo Molniya, quỹ đạo elip, quỹ đạo (cực và phi cực) Trái Đất thấp. Vệ tinh thông tin là kỹ thuật tiếp sức vô tuyến vi ba bên cạnh thông tin cáp quang biển trong truyền dẫn điểm điểm cố định. Nó cũng được dùng trong các ứng dụng di động như thông tin cho tàu xe, máy bay, thiết bị cầm tay và cho cả tivi và quảng bá khi mà các kỹ thuật khác như cáp không thực tế hoặc không thể.
Đồ án tốt nghiệp tinh Các trạm mặt đất hệ thống thông tin vệ Chơng Khái quát hệ thống thông tin vệ tinh 1.1 Lịch sử phát triển thông tin vệ tinh Số lợng hệ thống thông tin vệ tinh đà tăng nhanh vài năm gần Ngày nay, hệ thống thông tin vệ tinh chuyển tiếp lu lợng điện thoại xuyên đại dơng lớn nhiều so với lu lợng điện thoại gửi qua cáp ngầm Hơn nữa, hệ thống thông tin vệ tinh chuyển tiếp tín hiệu liệu, âm thanh, hình ảnh đến ngời sử dụng trái đất Công nghệ thông tin vệ tinh bắt nguồn từ hai công nghệ đợc phát triển mạnh chiến thứ II, công nghệ tên lửa công nghệ viba Kỷ nguyên sử dụng không gian vũ trụ làm môi trờng truyền dẫn cho hệ thống viễn thông đợc bắt đầu vào năm 1957, Liên Xô phóng thành công vệ tinh nhân tạo SPUTNIK vào quỹ đạo ( 04.10.1957 ) Thuật ngữ vệ tinh nhân tạo đợc dùng để phân biệt với vệ tinh thiên tạo đợc gọi tắt vệ tinh ( ký hiêu SL-satellite ), vệ tinh Liên Xô Mỹ đa vào quỹ đạo thuộc loại vệ tinh địa tĩnh Chúng có nhợc điểm dừng phạm vi thu sóng trạm thu mặt đất tối đa giờ/ngày Ngày 14.02.1963, tập đoàn hàng không vũ trụ NaSa (Mỹ) đà phóng vào quỹ đạo vệ tinh địa tĩnh mang tên SYNCOM I sau tiếp SYNCOM- III để phục vụ đại hội thể thao Olympic Tokyo Sinh viên thực : Trần Văn Quý Đồ án tốt nghiệp tinh Các trạm mặt đất hệ thống thông tin vệ Các vệ tinh đa vào quỹ đạo bị giới hạn trọng lợng vệ tinh phát đáp đặt vệ tinh thờng có công suất nhỏ Tín hiệu phải đợc trạm vệ tinh mặt đất thu truyền lại cho ngời sử dụng 1.2 Lợi thông tin vệ tinh * Ngày hệ thống thông tin vệ tinh truyền trực tiếp đến ngời sử dụng Thông tin vệ tinh đời muộn nhng phát triển nhanh có nhiều lợi so với hệ thống truyền thông khác, lợi : + Vùng phủ sóng rộng, cần ba vệ tinh phủ sóng đợc toàn cầu + Việc lắp đặt di chuyển hệ thống thông tin vệ tinh mặt đất tơng đối nhanh không phụ thuộc vào cấu hình mạng nh hệ thống truyền dẫn + Thiết bị phát sóng hệ thống thông tin vệ tinh cần công suất nhỏ + Hệ thống thông tin vệ tinh phục vụ nhiều dịch vụ khác nh viễn thông thoại phi thoại, nghiên cứu khí tợng, địa chất, truyền hình ảnh, quan sát mục tiêu + Thông tin vệ tinh ổn định, chịu ảnh hởng thời tiết + Các thiết bị đặt vệ tinh tận dụng nguồn lợng mặt trời ngày đêm * Tuy vậy, thông tin vệ tinh có số nhợc điểm : + Kinh phí ban đầu để phóng vệ tinh vào quỹ đạo lớn công nghệ phóng nh sản xuất vệ tinh nớc làm đợc + Bức xạ sóng vô tuyến thông tin vệ tinh bị tổn hao lớn môi trờng truyền sóng, đặc biệt vùng có nhiều ma mây mù Nếu muốn Sinh viên thực : Trần Văn Quý Đồ án tốt nghiệp tinh Các trạm mặt đất hệ thống thông tin vệ dùng anten nhỏ, thiết bị nhẹ tổn hao sóng truyền lớn giá thành tăng + Vùng phủ sóng vệ tinh tối đa 1/3 diện tích bề mặt trái đất cờng độ trờng điểm thu phụ thuộc vào búp sóng anten vệ tinh phủ sóng Điều có nghĩa phụ thuộc vào vị trí toạ độ vệ tinh quỹ đạo, mà vị trí lại tập trung vào số giới hạn vị trí có thuận lợi Tín hiệu truyền qua tuyến lên tuyến xuống hệ thống thông tin vệ tinh phải chịu thời gian trễ ( khoảng 0,25 giây với vệ tinh địa tĩnh ) 1.3 Các dạng quỹ đạo vệ tinh yếu tố đặc trng chúng Quỹ đạo vệ tinh hành trình vệ tinh không gian mà vệ tinh đợc cân hai lực đối Hai lực lực hấp dẫn trái đất lực ly tâm đợc hình thành độ cong hành trình vệ tinh GMm Lực hÊp dÉn = r2 mV2 Lùc ly t©m = Vệ tinh khối lợng M Khoảng cách r Quỹ đạo vệ tinh Trái đất khối lợng M Hình 1.1 Các lực tác động lên truyển động vệ tinh quỹ đạo Sinh viên thực : Trần Văn Quý Đồ án tốt nghiệp tinh Các trạm mặt đất hệ thống thông tin vệ Quỹ đạo vệ tinh nằm mặt phẳng hình tròn elíp Nếu quỹ đạo hình tròn tâm quỹ đạo tròn trùng với tâm trái đất Nếu quỹ đạo hình elíp có đầu elíp nằm xa trái đất đầu nằm gần trái đất Điểm xa vệ tinh quỹ đạo so với trái đất gọi viễn điểm ( apogee ) điểm gần đợc gọi cận điểm ( perigee ) Vệ tinh quỹ đạo elíp di truyển quỹ đạo chậm khoảng cách vệ tinh trái đất tăng lên ( theo định luật kepler ) * Quỹ đạo thông dụng vệ tinh dạng quỹ đạo sau : + Các quỹ đạo hình elíp có góc nghiêng 640 so với mặt phẳng xích đạo trái đất Loại có tính ổn định cao nhờ có độ nghiêng mà cho phép vệ tinh cã thĨ phđ sãng ë nh÷ng vïng vÜ tun cao thuộc phần lớn quỹ đạo vệ tinh qua ®iĨm cùc viƠn so víi tr¸i ®Êt HƯ thèng cã thể dùng nhiều vệ tinh vài quỹ đạo khác với góc nghiêng 640 Ví dụ hệ thống ELLIPSSAT dùng 24 vệ tinh hai quỹ đạo khác + Các quỹ đạo tròn nghiêng Vệ tinh có quỹ đạo tròn có độ cao không đổi so với mặt nớc biển xấp xỉ vài nghìn km Với góc nghiêng gần 900, loại quỹ đạo đảm bảo vệ tinh qua vùng trái đất Đó lý để ngời ta sử dụng loại quỹ đạo cho vệ tinh quan s¸t ( observation satellite ) VÝ dơ vƯ tinh Sport có độ cao 830 km, quỹ đạo nghiêng 98,70 vµ chu kú lµ 101 Mét sè vƯ tinh đợc tổ chức thành chùm vệ tinh có quỹ đạo dạng tròn này, độ cao thấp cỡ ( 1000km ) có khả phủ sóng toàn cầu trực tiếp tới ngời sử dụng đợc đời gần nh ( I ridium Global, Odyssey, Aries, ) + C¸c quỹ đạo tròn với góc nghiêng 00 Quỹ đạo trờng hợp nằm mặt phẳng xích đạo trái Sinh viên thực : Trần Văn Quý Đồ án tốt nghiệp tinh Các trạm mặt đất hệ thống thông tin vệ đất vệ tinh quỹ đạo đợc gọi vệ tinh địa tĩnh (Geogeostationary satellite ) Độ cao quỹ đạo theo tính toán tối u 35.768km Vệ tinh trờng hợp xuất nh điểm cố định bầu trời đảm bảo hoạt động nh trạm chuyển tiếp vô tuyến theo thời gian thực ( liên tục ngày đêm ) với vùng phủ sóng 43% diện tích trái đất cần vệ tinh địa tĩnh phủ sóng toàn cầu Các vệ tinh có quỹ đạo tròn nghiêng vệ tinh có quỹ đạo nghiêng 640 gọi chung vệ tinh địa tĩnh ( Non-geostationary satellite ) Việc lựa chọn loại quỹ đạo thực tế phụ thuộc vào ứng dụng cụ thể, độ can nhiễu mà hệ thống chấp nhận đợc khả tầm phóng xa bệ phóng Quỹ đạo vệ tinh đợc đặc chng yếu tố sau : + Quy mô phạm vi vùng đợc vệ tinh phđ sãng : Trong thùc tÕ víi nhiỊu lý đà xác nhận rằng, độ cao vệ tinh nhân tố định liên lạc ®èi víi vïng phđ sãng thĨ Lý thut trun sóng đà chứng minh suy giảm sóng đờng truyền không gian tỷ lệ nghịch với bình phơng khoảng cách điều phù hợp với vệ tinh có quỹ đạo thấp chúng có độ cao bé Tuy nhiên trờng hợp vệ tinh nh×n vïng phđ sãng díi mét gãc khèi lín Kết là, có lợi độ cao nhng lại giảm độ tăng ích anten + Góc ngẩng anten trạm mặt đất : Một vệ tinh có quỹ đạo nghiêng hay quỹ đạo cực xuất bầu trời tơng ứng với vùng phủ sóng mặt đất khoảng thời gian định cho phép thiết lập liên lạc vùng thành thị có nhà cao tầng gây cản trở sóng truyền với góc ngẩng cho phép khoảng từ 0 Sinh viên thực : Trần Văn Quý Đồ án tốt nghiệp tinh Các trạm mặt đất hệ thống thông tin vệ đến 700 Đối với vệ tinh địa tĩnh góc ngẩng giảm trênh lệch kinh tuyến vĩ tuyến trạm mặt đất vệ tinh gia tăng + Thời gian truyền thời gian trễ : Vệ tinh địa tĩnh cung cấp chuyển tiếp liên lạc liên tục cho trạm khoảng tầm nhìn vệ tinh trờng hợp tổng quát, tín hiệu từ trạm mặt đất đến trạm mặt đất khác bị trễ thời gian khoảng 0,25s Điều dẫn đến việc phải có thiết bị ®iỊu khiĨn tiÕng väng ( echo control device ) cho kênh thoại cần phải có giao thức đặc biƯt ®Ĩ trun dÉn tÝn hiƯu sè NÕu nh vƯ tinh di truyển quỹ đạo thấp thời gian trun dÉn sÏ gi¶m Thêi gian trun dÉn cịng cã thể lâu nh phơng thức truyền dẫn lu trữ - chuyển tiếp đợc sử dụng + Nhiễu : Mỗi vệ tinh địa tĩnh chiếm vị trí có toạ độ tơng ứng với trạm mặt đất vùng phủ sóng chúng Hiện có hàng trăm vệ tinh hoạt động quỹ đạo địa tĩnh chúng gây nhiễu cho Các hệ thống Viba mặt đất gây nhiễu cho thông tin vệ tinh ngợc lại Để chống nhiễu hay nói để hạn chế tối đa nhiễu hệ thống ngời ta phải đa quy định phân phối vị trí quỹ đạo băng tần sử dụng Khoảng không gian nhỏ vệ tinh quỹ đạo vệ tinh gần kề băng tần làm gia tăng độ nhiễu cản trở việc thiÕt lËp c¸c vƯ tinh míi C¸c hƯ thèng kh¸c sử dụng tần số băng tần khác nhau, nhng điều bị hạn chế số lợng giới hạn băng tần đợc phân bổ hiệp hội viễn thông quốc tế ITU ( International Telecomunication Union ) cho vùng địa lý trái đất dịch vụ khác Trong trờng hợp số băng tần bị giới hạn phổ tần quỹ Sinh viên thực : Trần Văn Quý Đồ án tốt nghiệp tinh Các trạm mặt đất hệ thống thông tin vệ đạo Mặt khác thông số hình học vệ tinh so với hệ thống khác biến đổi việc đồng đợc đặt + Hiệu suất bệ phóng : Khối lợng vệ tinh đợc phóng dảm độ cao vệ tinh yêu cầu phóng tăng 1.4 Phân bổ tần số thông tin vệ tinh Các băng tần số vô tuyến dùng cho hệ thống thông tin vệ tinh , hiển nhiên phải tuân theo quy chế vô tuyến Liên minh viễn thông quốc tế ITU đà quy định điều khoản buộc để nghiệp vụ vô tuyến dùng chung băng tần cách hợp lý mà không gây can nhiễu có hại đến Đặc biệt, băng tần đợc phân định cho dịc vụ vệ tinh cố định phải tuân theo quy định quốc tế Để thuận lợi cho công tác quy hoạch tần số, liên minh viễn thông quốc tế đà phân bè thÕ giíi thµnh ba khu vùc bao gåm : ã Khu vực : Châu âu, Châu phi, Liên Xô cũ Mông Cổ ã Khu vực : Châu Mỹ ã Khu vực : Chây ( trừ nớc thuộc khu vực ) Châu úc Dựa vào đặc tính sóng môi trờng trun lan vµ thùc tÕ øng dơng ngêi ta phân thành dải sóng mà dải sóng đặc tính truyền lan chúng giống Bảng dới giới thiệu số băng tần dùng cho vệ tinh cố định số laọi vệ tinh khác: Sinh viên thực : Trần Văn Quý 10 Đồ án tốt nghiệp tinh Dịch vụ (a) FS FS BS FS FS FS FS FS FS FS FS FL BS BS FS BS FS BS FS FS FS FS,FL FL FS FS FS Các trạm mặt đất hệ thống thông tin vệ Các tần số tuyến lên ( MHz ) Các tần số tuyến xuống ( MHz ) Chó thÝch (b) 2500 – 2690 2500 –2535 2500 – 2690 ChØ R2 ChØ R3 3400 – 4200 4500 – 4800 ChØ R3 7250 – 7750 ChØ R1 2655 – 2690 5725 – 5850 5850 – 7075 7900 – 8400 10700 – 11700 12500 – 12750 12700 – 12750 14000 – 14500 14000 – 14800 17300 – 21200 27000 – 27500 27500 – 31000 10700 –11700 11700 – 12500 11700 – 12200 11700 – 12300 12100 –12700 12500 – 12750 12500 – 12700 17700 – 21200 ChØ R1 ChØ R1 ChØ R3 ChØ R2 ChØ R2 ChØ R1,R3 ChØ R3 Chỉ R1 Chỉ R2 Chỉ R2,R3 Bảng : Các băng tần dùng cho dịch vụ vệ tinh cố định dịch vụ quảng bá qua vệ tinh tới 31 GHz ( a ) FS - dÞch vơ vƯ tinh cố định BS - dịch vụ vệ tinh quảng bá FL - tuyến phi dơ cho dịch vụ vệ tinh quảng bá Sinh viên thực : Trần Văn Quý 11 Đồ án tốt nghiệp tinh Các trạm mặt đất hƯ thèng th«ng tin vƯ ( b ) Vïng ( R1 ), vùng (R2), vùng (R3) đợc xác định theo vùng đà quy định ITU đà xác lập riêng phần phổ tần để sử dụng hệ thống thông tin vệ tinh, đáng ý băng tần nh 2,5 -2,7; 3,4- 7,1 10,7 - 14,5 GHz Một số băng tần đợc phân định để sử dụng cho dịch vụ đặc biệt vùng địa lý xác định Trong bảng R2 ám vùng bao gồm Bắc Mỹ Nam Mỹ; R3 vùng bao gồm Châu úc Châu R1 vùng bao gồm Châu Âu, Liên Xô cũ Châu Phi Trong bảng vùng đợc phép sử dụng băng tần đợc thị R1, R2 R3 Nêukhông có định vùng có nghĩa tất vùng sử dụng băng tần * Băng tần 2500 2690 MHz Tất tần số băng tần để dành cho nớc vùng vùng ( phân định băng tần 2,5 - 2,7 GHz cho dịch vụ vệ tinh cố định vùng ) Tại băng tần 2,5 - 2,7 GHz, suy hao khí nhỏ băng tần khác, song bớc sóng tơng đối dài kích thớc anten trạm mặt đất phải lớn so với việc sử dụng băng tần khác Ngoài ra, băng tần cha đợc sử dụng rộng rÃi nên nhà sản xuất chế tạo thiết bị tiêu chuẩn thuộc lĩnh vực Băng tần tỏ rõ lợi cho yêu cầu khiêm tốn yêu cầu khiêm tốn điểm tắc nghẽn khe quỹ đạo luôn có sẵn để sử dụng Tuy nhiên, băng tần chung phần với hệ thống tán xạ đối lu cần phải phối hợp chúng *Băng tần 3400 7075 MHz Băng tần đợc sử dụng nhiều so với tất băng tần khác Do đó, việc xắp xếp khe quỹ đạo tơng đối khó Mặt khác có sẵn thị trờng Sinh viên thực : Trần Văn Quý 12 Đồ án tốt nghiệp tinh rf rx Các trạm mặt ®Êt hƯ thèng th«ng tin vƯ läc tx rej sspa anten if rx Cáp đồng trục Bộ chuyển đổi L BAND/140-70M ref 100 mhz oiplex rf tx iflrx pl lnb K.đại lên 2505 Cáp đồng trục ifltx if tx NTC/2042/CA Bé ®iỊu khiĨn PC RMCP SW ntc/001/aa 220v -ac rs485 Hình 3.8.Bộ đổi tần kết hợp IF in H AMPL EOL 700 MHz +/- 18 MHz Chuyển đổi tần số phát Chuyển đổi tần số phát Khuếch đại IF BPF BPF MIC 1120 MHz MIC BPF 1190 MHz 1GHz PLO SW X2 AFC/AGC 5GHz Freq Synth REF OSC 4735-5235 MHz Veos 1105 MHz 1105 MHz Sinh viªn thùc hiƯn : TrầnIF Văn Quý AMPL IF out EOL 700 MHz +/- 18 MHz BPF 1GHz PLO 1035 MHz MIC BPF MIC BPF 66 Chuyển đổi tần số thu Chuyển đổi tần số thu Đồ án tốt nghiệp tinh Các trạm mặt đất hệ thống thông tin vệ Trong trạm mặt đất cỡ lớn, đổi tần lên xuống đổi tần riêng rẽ đợc điều khiển vi xử lý Nguồn tần số chuẩn nguồn cục nguồn chuẩn lấy từ bên Hình 3.9 3.10 trình bày sơ đồ khối đổi tần lên đổi tần xuống -Bộ đổi tần kép Serries 9600 9400 hÃng MITEQ Số lần đổi tần Khả điều chỉnh tần số Tần số Trở kháng Tổn hao ngợc Giám sát tín hiệu Thông số đầu Bộ đổi tần lên lần Điều chỉnh dao động nội tầng 70+/-20MHz 140+/-20MHz 50/70 omhs 26dB -20dBm Bộ đổi tần xuống lần Điều chỉnh dao động nội tầng Tuỳ thuộc vào model 50omhs 20dB option 2A Tần số Tuỳ thuộc vào model Trở kháng Tổn hao ngợc Công suất đầu Giám sát tín hiệu Đặc tính truyền đạt Hệ số tạp âm Độ tăng ích image rejection 50omhs 20dB -5dBm option 2A 70+/-20MHz 140+/-20MHz 75/50omhs 26dB 15dBm -20dBm 20dB 11dB 80 10dB 30dB 80 Sinh viên thực : Trần Văn Quý 67 Đồ án tốt nghiệp tinh Các trạm mặt đất hệ thống thông tin vệ Độ ổn định hệ số khuếch đại Trễ nhóm Méo xuyên điều chế(hài bậc 3) Chuyển đổi AM/PM Gain slope Phát xạ giả Điều chỉnh khuếch đại Bớc hiệu chỉnh Độ ổn định tần số +/-0.25/ngày 0.03 ns/MHz max Linear 0.02ns/MHz2 maxParabolic ns peak to peak max ripple -20dBm +/-0.25/ngµy 0.03 ns/MHz max Linear 0.02ns/MHz2 max Parabolic ns peak to peak max ripple -10dBm 0.10/dB +/-0.02dB/MHz -90 dBm 30 dB 0.2dB +/-*2*10-8(00C ®Õn 500C) 0.10/dB +/-0.02dB/MHz -90 dBm 30 dB 0.2dB +/-*2*10-8(00C ®Õn 500C) RU (3.5 INCHES) DOWNCONVERTER-9400 SERIES Input Requency 125 KHz Step Size KHz Step Size (GHz) Model Number Model Number 0.95-1.45 D-9400-1 D-9400-1-1K 0.95-1.75 D-9400-3 D-9400-3-1K 0.95-2.05 D-9400-5 D-9400-5-1K 1.5-1.8 D-9400-2 D-9400-2-1K 1.7-2.4 D-9400-4 D-9400-4-1K 2.2-2.3 D-9400 D-9400-1K 3.0-4.2 D-9401-2 D-9401-2-1K 3.4-4.2 D-9401-1 D-9401-1-1K 3.62-4.205 D-9402 D-9402-1K 4.5-4.8 D-9402-2 D-9402-2-1K 5.845-6.430 D-9404 D-9404-1K 6.4-7.2 D-9405-1 D-9405-1-1K 7.25-7.75 D-9405 D-9405-1K 7.9-8.4 D-9406 D-9406-1K 8.0-8.5 D-9407 D-9407-1K 10.7-11.7 D-9408-2 D-9408-2-1K 10.7-12.0 D-9408-5 D-9408-5-1K Sinh viªn thùc hiƯn : Trần Văn Quý Phase Nnoise Characteristics Curve Curve Curve Curve Curve Curve Curve Curve Curve Curve Curve Curve Curve Curve Curve Curve Curve 68 Đồ án tốt nghiệp tinh 10.7-12.75 10.95-11.7 10.95-12.2 10.95-12.75 11.45-12.75 11.46-11.96 11.7-12.211.7-12.75 12.2-12.75 13.75-14.5 14.0-14.5 17.3-17.8 17.3-18.1 17.3-18.4 Các trạm mặt đất hệ thống thông tin vệ D-9408-6 D-9408 D-9408-1 D-9408-3 D-9409-3 D-9409-2 D-9409 D-9409-1 D-9410 D-9411-1 D-9411 D-9412 D-9412-1 D-9412-2 D-9408-6-1K D-9408-1K D-9408-1-1K D-9408-3-1K D-9409-3-1K D-9409-2-1K D-9409-1K D-9409-1-1K D-9410-1K D-9411-1-1K D-9411-1K D-9412-1K D-9412-1-1K D-9412-2-1K Curve Curve Curve Curve Curve Curve Curve Curve Curve Curve Curve Curve Curve Curve RU (1.75 INCHES) DOWNCONVERTER-9600 SERIES Input Requency 125 KHz Step Size KHz Step Size Phase Nnoise (GHz) Model Number Model Number Characteristics 0.95-1.45 D-9600-1 D-9600-1-1K Curve 0.95-1.75 D-9600-3 D-9600-3-1K Curve 1.5-1.8 D-9600-2 D-9600-2-1K Curve 2.2-2.3 D-9600 D-9600-1K Curve 3.4-4.2 D-9601-1 D-9601-1-1K Curve 3.26-4.205 D-9602 D-9602-1K Curve 4.5-4.8 D-9602-2 D-9602-2-1K Curve 6.4-7.2 D-9605-1 D-9605-1-1K Curve 7.25-7.75 D-9605 D-9605-1K Curve 10.95-11.7 D-9608 D-9608-1K Curve 10.95-12.75 D-9608-3 D-9608-3-1K Curve 11.7-12.2 D-9609 D-9609-1K Curve 12.2-12.75 D-9610 D-9610-1K Curve Sinh viªn thùc hiƯn : Trần Văn Quý 69 Đồ án tốt nghiệp tinh Các trạm mặt đất hệ thống thông tin vệ RU (3.5 INCHES) UPCONVERTER-9400 SERIES Input Requency 125 KHz Step Size 125 KHz Step Size Phase Nnoise (GHz) Model Number Model Number Characteristics 0.95-1.45 U-9448 U-9448-1K Curve 0.95-1.75 U-9448-1 U-9448-1-1K Curve 0.95-2.05 U-9448-3 U-9448-3-1K Curve 1.5-1.8 U-9448-2 U-9448-2-1K Curve 3.4-4.2 U-9451-1 U-9451-1-1K Curve 3.62-4.205 U-9451 U-9451-1K Curve 5.725-6.725 U-9453-6 U-9453-6-1K Curve 5.845-6.430 U-9453 U-9453-1K Curve 5.85-6.485 U-9453-3 U-9453-3-1K Curve 5.85-6.665 U-9453-1 U-9453-1-1K Curve 5.85-6.725 U-9453-5 U-9453-5-1K Curve 5.95-6.725 U-9453-4 U-9453-4-1K Curve 6.7-7.1 U-9453-2 U-9453-2-1K Curve 7.9-8.4 U-9454 U-9454-1K Curve 10.95-12.75 U-9455-3 U-9455-3-1K Curve 11.7-12.2 U-9455 U-9455-1K Curve 12.2-12.75 U-9455-1 U-9455-1-1K Curve 12.75-13.25 U-9455-2 U-9455-2-1K Curve 12.75-13.25/14.0-14.5 U-9456-1 U-9456-1-1K Curve 12.75-13.25/13.75-14.5 U-9456-5 U-9456-5-1K Curve 13.75-14.5 U-9456-3 U-9456-3-1K Curve 13.75-14.8 U-9456-6 U-9456-6-1K Curve 14.0-14.5 U-9456 U-9456-1K Curve RU (1.75 INCHES) UPCONVERTER-9600 SERIES Input Requency 125 KHz Step Size (GHz) Model Number 5.845-6.430 U-9653 Sinh viªn thùc hiƯn : Trần Văn Quý Phase Nnoise Characteristics Curve 70 Đồ án tốt nghiệp tinh Các trạm mặt đất hệ thèng th«ng tin vƯ 5.85-6.475 6.7-7.1 7.9-8.4 12.75-13.25 13.75-14.5 14.0-14.5 17.3-17.8 17.3-18.1 17.3-18.4 U-9653-3 U-9653-2 U-9654 U-9655-2 U-9656-3 U-9656 U-9657 U-9657-1 U-9657-2 Curve Curve Curve Curve Curve Curve Curve Curve Curve 3.3.2.Bộ khuếch đại, lọc cân Các khuếch đại, lọc cân đợc thực tần số trung tần IF Trên đờng thu , khuếch đại trung tần bao gồm tự động điều khiển độ khuếch trì tín hiệu mức không đổi cung cấp cho giải điều chế Trên đờng phát, điều khiển khuếch đại cho phép hiệu chỉnh mức tín hiệu đàu vào khối cao tần Bộ lọc thông giải làm việc tần số trung tần xác định phổ tần số sóng mang đợc điều chế hạn chế băng thông tạp âm, Tính chất lọc phụ thuộc vào tính chất điều chế sóng mang Các lọc thờng đợc thiết kế với hàm truyền đạt Butterworth Chebyshev sử dụng tụ cuộn cảm Các lọc, khuếch đại phát đáp tạo trễ nhóm hàm tần số Những thay đổi đợc hiệu chỉnh băng thông công tác cân trễ truyền dẫn nhóm (Group Propagation Delay Equalesers) Các cân đợc tích hợp vào lọc vào mạch riêng rẽ bao gồm mạch LC mắc theo hình chữ T Sinh viên thực : Trần Văn Quý 71 Đồ án tốt nghiệp tinh Các trạm mặt đất hệ thống thông tin vệ Đặc tính biên độ Băng thông sóng mang A B C D (MHz) MHz MHz MHz MHz 1.25 0.9 1.13 1.15 2.5 1.8 2.25 2.75 3.6 4.5 5.25 10 7.2 10.25 19 20 14.4 18 20.5 28 36 28.8 36 45.25 60 Video 12.6 15.75 18 26.5 Video 24 30 - a dB 0.7 0.7 0.5 0.3 0.3 0.6 0.3 0.5 Băng th«ng sãng mang 1.25 2.5 10 20 36 Video Video f (Ns) 24 16 12 A (MHz) 0.9 1.8 3.6 7.2 14.4 28.8 12.6 24 H (MHz) 1.13 2.1 4.1 8.3 16.6 33.1 14.2 30 b dB 1.15 1.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 c dB 2.5 7.5 7.5 6.5 - d dB 25 25 25 25 25 25 25 - g (Ns) 24 16 12 5 e dB 0.0 0.0 0.0 0.1 0.1 0.3 0.1 0.3 h (Ns) 30 20 20 18 15 15 15 15 3.3.3.Bộ điều chế giải điều chế Bộ điều chế phần phát giải điều chế phần thu dợc thực tần số trung tần IF Phân hệ điều chế giải điều chế thực hiên tuân theo phơng thức đa truy nhập(FDMA,TDMA,CDMA), loại tín hiệu băng gốc kiểu điều chế sóng mang Ngày với phát triển kỹ thuật số,hầu hết truyền dẫn trạm mặt đất truyền dẫn số Đối với truyền dẫn số, lợc Sinh viên thực : Trần Văn Quý 72 Đồ án tốt nghiệp tinh Các trạm mặt đất hệ thống thông tin vệ đồ điều chế thờng đợc sử dụng BPSK QPSK Sử dụng lợc đồ điều chế cao bị hạn chế công suất vệ tinh Để tránh tập trung công suất vào phổ tần đơn lẻ, sử dụng phá rối tần số (Scrambler) để phân tán lợng phổ toàn mạng thông tin tín hiệu Để tăng khả sửa sai có thĨ sư dơng m· sưa sai tríc (FEC-Forward Error Corection) mà Reed-Solomon 3.4 phân hệ giao diện mạng Phân hệ thực chuyển đổi tín hiệu từ mạng mặt đất thành tín hiệu băng gốc cho phân hệ thông tin trạm mặt đất chuyển đổi ngợc lại tín hiệu đầu phân hệ thông tin đờng thu thành tín hiệu cung cấp cho mạng mặt đất Tuỳ thuộc vào loại tín hiệu đợc truyền dẫn, phân hệ bao gồm ghép tách kênh, thiết bị phân kênh (DCME), nội suy kênh tín hiệu thoại số (DSI), số chức đặc biệt khác 3.5.phân hệ giám sát điều khiển Các thiết bị dùng cho điều khiển giám sát có nhiều, từ panel hiển thị đơn giản với đèn cảnh báo số chuyển mạch điều khiển tới hệ thống vi xử lý vi tính có khả đặt lại cấu hình hệ thống phím Nói chung, chức bao gồm điều khiển chuyển động anten, điều khiển khuếch đại công suất với khả thay đổi mức công suất đầu ta, chuyển mạch thiết bị dự phòng, lỗi điều kiện cảnh báo v.v Sinh viên thực : Trần Văn Quý 73 Đồ án tốt nghiệp tinh Các trạm mặt đất hệ thống thông tin vệ Một hệ thống giám sát ®iỊu khiĨn b»ng m¸y tÝnh sÏ bao gåm mét sè hình mini đợc tổ chức theo phơng thức phân cấp cho hệ thống máy phân hệ Màn hình biểu thị trạng thái tổng kết tất hệ thống trạm mặt đất Trạng thái hệ thống đợc hiển thị màu cho trạng thái hoạt động, lỗi, bảo dỡng v.v Các hình chi tiết biểu thị trạng thái thiết bị, cấu hình hệ thống thiết lập hiệu suất Một số tiêu chuẩn trạm mặt đất Các tổ chức thông tin quốc tế đà định nghĩa nhiều chuẩn khác cho trạm mặt đất hoạt động với vệ tinh mà tổ chức khai thác Những tiêu chuẩn rõ nhiều thông số cho dịch vụ ứng dụng khác 3.6.tiêu chuẩn trạm mặt đất intelsat Tiêu Tần số chuẩn (GHz) A 6/4 A B 6/4 C 14/11 C D1 6/4 D2 E 14/11 F1 F2 F3 Z 6/4 G/T (dBK-1) > 40.7 > 35 > 31.7 > 39 > 37 > 22.7 >31.7 EIPR (dBW) 70-90 60-85 72-87 53-57 > 22.7 63-91 > 27 60-87 > 29 59-68 C¸c tÝnh chÊt chung §êng DÞch vơ kÝnh(m) 30 TV;FDM/FM/FDMA;TDM/PSK/TDMA 16 TV;FDM/FM/FDMA;TDM/PSK/TDMA 11-14 TV;SCPC/QPSK;FDM/FM/FDMA 14-18 TV;FDM/FM/FDMA;TDM/PSK/TDMA 11-13 TV;FDM/FM/FDMA;TDM/PSK/TDMA SCPC/FM 11 VISTAR 4.5-5 7.5-8 9-10 6/4 14/11 Sinh viên thực : Trần Văn Quý IBS,IDR IBS in TDM/QPSK/FDMA IDR in FDM/CFM with F3 IDR in FDM/CFM with F3 Leasd channels 74 Đồ án tốt nghiệp tinh Các trạm mặt đất hệ thống thông tin vệ Trạm mặt đất tiêu chuẩn E (14/11 GHz) E-1 E-2 §êng kÝnh anten (m) 3.5 5.5 EIRP (dBW) 57-86 55-83 -1 G/T (dBK ) 25 29 Sè kênh tơng đơng 64 kbps 400 700 Số sóng mang tơng đơng 1.5 Mbps 16 28 Tốc độ thông tin cực đại trạm 208-48 4096 Mbps (72 MHz) BER (99%) 10-6 10-6 BER clear sky 10-8 10-8 E-3 7.7 49-77 34 1000 42 6144 10-6 10-8 Trạm mặt đất tiêu chuẩn Z(6/4 GHz) Large Small TV/Radio(receive only) Đờng kính anten(m) 11-13 6-8 4.5-5 Khuếch đại phát(dB) 54.5-56 49.3-51.7 Khuếch đại thu 51.5-53 46.3-48.7 44 Nhiệt độ tạp âm LNA (K) 45-80 100 100 G/T (10 ) 31.7-33 24.5-26.9 22 Trackinh Automatic Manual Manual Ph©n cùc Cicular Cicular Cicular Tû sè trơc(T&/R&) 1.06/1.09 1.06/1.09 -/1.4 Sè kªnh >12 2-12 video+audio Loại HPA TWT TWT Công suất HPA 1-3 kW 50-400W FDM/CFM SCPC.CFM KiÓu sãng mang SCPC/DM Video/audio-FM SCPC.DM TV/FM 3.7.tiêu chuẩn trạm mặt đất eutelsat Sinh viên thực : Trần Văn Quý 75 Đồ án tốt nghiệp tinh Các trạm mặt đất hệ thống thông tin vệ Các trạm mặt đất hệ thống vệ tinh châu âu EUTELSAT đợc phân định thành loại sau: - Các trạm mặt đất để truyền dẫn trung kế điện thoại dung lợng cao TV, tơng tự nh trạm mặt đất tiêu chuẩn C intelsat Băng tần 41/11GHz; Đờng kính anten từ 14 đến 18m ; eirp tõ 72 ®Õn 87 dBW ; G/T>39 dBK-1 - Các trạm mặt đất đa dịch vụ (SMS - Satellite Multi Service) bao gồm trạm theo chuẩn sau : chuẩn có anten với đờng kính 5.5m G/T>30dBK-1; chuẩn có đờng kính anten 3.7m, G/T > 27 dBK-1;chuÈn cã anten ®êng kÝnh 2.4m, G/T > 23 dBK-1 - Các trạm cố định có đờng kính anten từ đến 12m trạm động có đờng kính khoảng 4m - Các trạm chØ thu víi anten cã ®êng kÝnh tõ ®Õn 6m 3.8.tiêu chuẩn trạm mặt đất inmarsat Tổ chức INMARSAT đà đa nhiều tiêu chuẩn cho trạm di động hoạt động băng tần L Băng tần 1626.5 - 1660.5 MHz đợc sử dụng cho thông tin theo chiều từ trạm di động đến vệ tinh Băng tần 1525 - 1559 MHz đợc sử dụng cho thông tin theo chiều ngợc lại từ vệ tinh đến trạm di động Các trạm sử dụng phân cực vòng phải cho đờng lên phân cực vòng trái cho đờng xuống Các tần số sử dụng cho liên lạc đài bờ(Coast Station) vệ tinh hoạt động băng tần C inmarsat-a Sinh viên thực : Trần Văn Quý 76 Đồ án tốt nghiệp tinh Các trạm mặt đất hệ thống thông tin vệ G/T> -4dBK-1(góc ngẩng lớn 100), EIRP khoảng 37 dBW, anten Parabol có đờng kính 90 cm Các trạm loại cho phép truyền dẫn kênh thoại chế độ SCPC/FM, Telex,Fax liệu tốc độ 9.6 kbps inmarsat-b G/T > -4dBK-1( gãc ngÈng lín h¬n 100),EIRP khoảng 33 dBW, anten Parabol có đờng kính 90 cm Các trạm loại cho phép truyền dẫn kênh thoại với tốc độ 16 kbps chế độ SCPC/OPQSK , Fax liệu hai chiều tèc ®é 9.6 kbps inmarsat-c G/T > -23dBK-1( gãc ngÈng lớn 50),EIRP khoảng 14 dBW, anten vô hớng Các trạm loại cho phép truyền dẫn tin kiệu có độ dài 32 kbit Truyền dÉn ë tèc ®é 1200 Symbol/s sư dơng m· sưa sai FEC tốc độ 1/2 Các trạm tiêu chuẩn cố dới dạng trạm cố định, trạm di động trạm động inmarsat-m G/T>-12dBK-1(góc ngẩng lớn 50),EIRP khoảng 19-25 dBW,anten có đờng kính 50 cm Các trạm loại di chuyển đợc cung cấp kênh thoại 4.8kbps,Fax liệu tốc độ 2.4 kbps inmarsat-phone Kích thớc máy tính xách tay , cung cấp thoại, Fax kiệu tốc đô 2.4 kbps vùng phđ sãng Spot Beam cđa vƯ tinh INMARSAT-3 Sinh viªn thực : Trần Văn Quý 77 Đồ án tốt nghiệp tinh Các trạm mặt đất hệ thống thông tin vƯ Mơc lơc Néi dung Trang Ch¬ng .4 Khái quát hệ thống thông tin vÖ tinh 1.1 Lịch sử phát triển thông tin vệ tinh 1.2 Lỵi thÕ cđa th«ng tin vƯ tinh 1.3 Các dạng quỹ đạo vệ tinh yếu tố đặc trng chúng 1.4 Phân bổ tần số thông tin vệ tinh 10 Ch¬ng 14 CÊu tróc mét hƯ thèng th«ng tin vÖ tinh 14 2.1 Phần không gian 14 2.2 Phần mặt đất 16 Sinh viên thực : Trần Văn Quý 78 Đồ án tốt nghiệp tinh Các trạm mặt đất hệ thống thông tin vệ 2.3 Các thông số đặc trng cho tính toán liên lạc thông tin vệ tinh 17 2.3.1 Các thông số anten 17 2.3.2 §å thị phơng hớng xạ 19 2.3.3 §é réng cđa bóp sãng 20 2.3.4.Sù ph©n cùc cña sãng .21 2.4 Công suất xạ (phát) .23 2.4.1 C«ng suÊt xạ đẳng hớng tơng đơng (EIRP) 23 2.4.2 Mật độ thông lợng công suất 23 2.5 C«ng suÊt tÝn hiÖu thu 24 2.5.1 Công suất nhận đợc anten thu 24 2.5.2 Trêng hỵp thùc tÕ 25 2.6 Công suất tạp âm đầu vào m¸y thu 28 2.6.1 Nguồn gốc gây tạp âm 28 2.6.2 Định nghĩa đặc trng tạp âm .29 2.6.3 Nhiệt độ tạp âm anten 30 2.6.4 Nhiệt độ tạp âm suy gi¶m 31 2.6.5 Nhiệt độ tạp âm thiết bị đo bao gồm số phần tử nối tầng 31 2.7 Các tuyến liên lạc th«ng tin vƯ tinh 32 2.7.1 TuyÕn lªn ( trêi ) 32 2.7.2 TuyÕn lªn ( trêi ma ) .33 2.7.3 KÕt luËn 34 2.8 NhiÔu hƯ thèng th«ng tin vƯ tinh .34 2.8.1 Nhiễu kênh tái sử dụng tần số 35 2.8.2.Nhiễu kênh l©n cËn 36 2.8.3 Nhiễu tạp âm công nghiệp .36 2.8.4.Can nhiƠu ë c¸c hệ thống vô tuyến chuyển tiếp mặt đất .37 Ch¬ng 43 Các thiết bị trạm mặt đất hệ thống thông tin vệ tinh .43 3.1 Ph©n hƯ anten .44 3.1.1 KiÓu an ten trạm mặt đất 45 3.1.2 Thiết bị anten trạm mặt đất 48 3.1.3 HÖ thống điều khiển bám vệ tinh 49 3.2.PHÂN Hệ CAO TầN 54 3.2.1.ThiÕt bÞ thu 54 Sinh viên thực : Trần Văn Quý 79 Đồ án tốt nghiệp tinh Các trạm mặt đất hệ thống thông tin vệ 3.2.2.Thiết bị phát 56 3.2.3.CÊu hình dự phòng 63 3.3.Phân hệ thông tin .64 3.3.1.ThiÕt bÞ chuyển đổi tần số .65 RU (3.5 INCHES) DOWNCONVERTER-9400 SERIES 68 RU (1.75 INCHES) DOWNCONVERTER-9600 SERIES 69 RU (3.5 INCHES) UPCONVERTER-9400 SERIES 70 RU (1.75 INCHES) UPCONVERTER-9600 SERIES 70 Curve 70 3.3.2.Bộ khuếch đại, lọc cân 71 3.3.3.Bộ điều chế giải điều chế 72 3.4 ph©n hƯ giao diƯn m¹ng .73 3.5.phân hệ giám sát điều khiển 73 3.6.tiêu chuẩn trạm mặt đất cña intelsat .74 IBS,IDR 74 3.7.tiêu chuẩn trạm mặt đất eutelsat 75 3.8.tiªu chuÈn trạm mặt đất inmarsat 76 Sinh viên thực : Trần Văn Quý 80