Hệ thống thông tin vệ tinh Phân tích tuyến liên lạc trong thông tin vệ tinh

MỤC LỤC Trang CHƯƠNG MỘT 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH 1 1.1 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN THÔNG TIN VỆ TINH 1 1.2 CÁC LOẠI QUỸ ĐẠO CỦA VỆ TINH 2 1.3 PHÂN BỔ TẦN SỐ TRONG THÔNG TIN VỆ TINH 5 1.4 CẤU TRÚC TỔNG QUÁT MỘT HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH 8 1.4.1. Phần không gian 8 1.4.2. Phần mặt đất 10 CHƯƠNG HAI 11 PHÂN TÍCH TUYẾN LIÊN LẠC TRONG THÔNG TIN VỆ TINH 11 2.1 CÁC THÔNG SỐ ĐĂC TRƯNG CỦA MỘT ANTEN 11 2.1.1. Độ tăng ích của anten 11 2.1.2. Đồ thị phương hướng bức xạ 12 2.1.3. độ rộng búp sóng 13 2.1.4. Sự phân cực của sóng 13 2.2 CÔNG SUẤT BỨC XẠ (PHÁT) 16 2.2.1. Công suất bức xạ đẳng hướng tương đương (EIRP) 16 2.2.2. Mật độ thông lượng công suất 16 2.3 CÔNG SUẤT TÍN HIỆU THU 16 2.3.1. Công suất nhận được bởi anten thu 16 2.3.2. Trường hợp thực tế 17 2.4 CÔNG SUẤT TẠP ÂM TẠI ĐẦU VÀO MÁY THU 20 2.4.1. Nguồn gốc gây tạp âm 20 2.4.2. Định nghĩa và đặc trưng của tạp âm 20 2.4.3. Nhiệt độ tạp âm của anten 22 2.4.4. Nhiệt độ tạp âm của suy giảm 22 2.4.5. Nhiệt độ tạp âm của thiết bị bao gồm một số phần tử nối tầng 23 2.4.6. Kết luận 23 2.5 TỶ SỐ TÍN HIỆU TẠP ÂM TẠI ĐẦU VÀO MÁY THU 23 2.5.1. Định nghĩa 23 2.5.2. Biểu thức tính tín hiệu tạp âm 24 2.5.3. Tỷ số GT của thiết bị thu 24 2.5.4. Nhiệt độ tạp âm của anten 24 2.5.5. Nhiệt độ tạp âm của máy thu 27 2.6 TỶ SỐ TÍN HIỆU TẠP ÂM CỦA MỘT TUYẾN LIÊN LẠC VỆ TINH ĐƠN (TRẠM – TRẠM) 27 2.6.1. Bộ lặp của vệ tinh 27 2.6.2. Biểu thức (CN0)i 29 2.7 MỘT SỐ BÀI TOÁN VÍ DỤ VỀ TÍNH TOÁN TUYẾN LIÊN LẠC TRONG THÔNG TIN VỆ TINH 31 2.7.1. Tính toán độ lợi của bộ lặp ở chế độ bão hoà 31 2.7.2. Tính toán tuyến lên 31 2.7.3. Tính toán tuyến xuống 34 2.7.4. Kết luận 36 MỤC LỤC

CHƯƠNG MỘT TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH 1.1- LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN THÔNG TIN VỆ TINH Chúng ta ang s ng trong th i k quá t i m t xã h i nh h ng thôngđ ố ờ ỳ độ ớ ộ ộ đị ướ tin tiên ti n nh các công ngh m i trong nhi u l nh v c khác nhau. Cácế ờ ệ ớ ề ĩ ự lo i thông tin truy n trên sang vô tuy n ó l thông tin vô tuy n, ã iạ ề ế đ à ế đ đ v o i s ng h ng ng y c a chúng ta v chúng ta có th c m nh n cu cà đờ ố à à ủ à ể ả ậ ộ s ng hi n t i c a cu c s ng xung quanh chúng ta nh các h th ngố ệ ạ ủ ộ ố ờ ệ ố truy n hình v i n tho i qu c t .ề àđệ ạ ố ế Nói chung, thông tin có thể được phân ra các loại như thông tin dùng cáp đồng trục huặc thông tin dùng cáp sợi quang và thông tin vô tuyến sử dụng sóng vô tuyến điện nối liền nhiều nơi trên thế giới vượt qua “thời gian” và “không gian”. Hiện nay, các hệ thống cáp biển sử dụng cáp sợi quang đã được đưa vào sử dụng cho thông tin quốc tế. Đối với thông tin vô tuyến quốc tế, thông tin vệ tinh đã cung cấp các đường thông tin dung lượng lớn thay thế cho thông tin sóng ngắn trước đây và được sử dụng thường xuyên hơn. • Thông tin vệ tinh có nhiều lợi thế so với các phương thức truyền thông khác đó là: - Vùng phủ sóng rộng (chỉ cần 3 vệ tinh có thể phủ sóng toàn cầu). - Thiết bị phát sóng chỉ cần công suất nhỏ. - Lắp đặt hệ thống mặt đất nhanh, di chuyển dễ dàng. - Có thể phục vụ nhiều dịch vụ khác. - Hệ thống truyền dẫn ổn định (kể cả bão to, động đất). - Thiết bị đặt trên vệ tinh có thể tận dụng năng lượng mặt trời để cấp điện . - Có thể tận dụng tất cả công nghệ của kỹ thuật số. • Tuy vậy, thông tin vệ tinh cũng có những nhược điểm: - Kinh phí đầu tư ban đầu lớn. - Công nghệ không phải lúc nào cũng sản xuất được (từ khâu thiết bị đến khâu phóng, điều khiển và điều hành). - Bức xạ của sóng bị tổn hao lớn ở những vùng có mưa và mây mù. - Cường độ sóng thu ở mặt đất phụ thuộc nhiều vào vị trí tọa độ của vệ tinh . Có hai loại vệ tinh đang được phổ dụng : Vệ địa tĩnh (Geostation Satellite) và vệ tinh không địa tĩnh (Non- Geostation Satellite). 1.2- CÁC LOẠI QUỸ ĐẠO CỦA VỆ TINH Sinh viªn NguyÔn Xu©n Hoµng 1 Vệ tinh khối lượng M Khoảng cách = r Quỹ đạo chuyển động của vệ tinh Hình 1.1 . Các l c quy t nh qu o c a v tinhự ế đị ỹđạ ủ ệ Qu o l h nh trình c a v tinh gi c cân b ng gi a hai l c iỹ đạ à à ủ ệ để ữ đượ ằ ữ ự đố nhau. Hai l c ó l l c h p d n c a trái t v l c ly tâm c hình th nh doự đ à ự ấ ẫ ủ đấ à ự đượ à cong c a h nh trình c a v tinh. Qu o thu c m t m t ph ng có hìnhđộ ủ à ủ ệ ỹ đạ ộ ộ ặ ẳ Elip, hai u c a Elip thì m t u n m xa trái t còn u kia n m g n tráiđầ ủ ộ đầ ằ đấ đầ ằ ầ t. V tinh s di chuy n chem. H n khi kho ng cách gi a nó v trái t t ngđấ ệ ẽ ể ơ ả ữ à đấ ă lên. • Quỹ đạo thông dụng nhất hiện nay là những quỹ đạo sau: + Các quỹ đạo hình Elip nghiêng một góc 64 0 so với mặt phẳng xích đạo. Loại quỹ đạo có tính ổn định cao nhờ có độ nghiêng mà nó cho phép vệ tinh có thể phủ sóng được ở những nơi có vĩ tuyến cao thuộc phần lớn quỹ đạo khi vệ tinh đi qua điểm cực viễn so với trái đất. Trong thực tế, quỹ đạo nghiêng hình Elip có khả năng cung cấp các liên lạc ở các vĩ tuyến trung bình khi mà vệ tinh gần tới điểm cực viễn so với trái đất và các góc ngẫng gần bằng 90 0 , những điều kiện tốt này không thể tồn tại trong cùng một vĩ tuyến ở các vệ tinh địa tĩnh. Một hệ thống vận hành được gọi là ELLIPSAT bao gồm 24 vệ tinh ở hai quỹ đạo khác nhau nghiêng một góc 64 0 (2930 km / 426 km) được đề xuất tại Mỹ (ELL-91) để đạt được sự phủ sóng vĩnh cửu. Sinh viªn NguyÔn Xu©n Hoµng 2 Trái tđấ Khối lượng M Lực hấp dẫn = GMm/r 2 Lực ly tâm = mv 2 /r Hình 1.2 . Mô t qu o c a v tinh MOLNYA c a LIÊN XÔả ỹđạ ủ ệ ủ + Các quỹ đạo nghiêng tròn, độ cao của vệ tinh so với mực nước biển là không đổi và xấp xỉ và trăm nghìn km. Với góc nghiêng gần 90 0 , loại quỹ đạo này đảm bảo rằng vệ tinh có thể đi qua các vùng của trái đất. Đó là lý do người ta sử dụng loại quỹ đạo này để quan sát các vệ tinh (Ví dụ vệ tinh SPOT; độ cao 830 km ; quỹ đạo nghiêng 98,7 0 ; chu kỳ 101 phút). Người ta có thể thiết lập các quá trình lưu trữ và chuyển tiếp thông tin nếu vệ tinh được trang bị các phương tiện lưu trữ thông tin. Một số vệ tinh với vùng phủ sóng toàn cầu sử dụng các chòm sao của sóng mang vệ tinh ở các quỹ đạo tròn, độ cao thấp (cỡ 1000 km) được đề cập gần đây (như IRIDIUM, GLOBAL STAR, ODYSSEY, ARIES , LEOSAT , …). + Quỹ đạo tròn với góc nghiêng bằng 0, được sử dụng rộng rãi nhất cho quỹ đạo vệ tinh thuộc các trạm. Quỹ đạo vệ tinh xung quanh trái đất với độ cao 35768 km và cùng phương hướng. Do đó vệ tinh xuất hiệ như một điểm cố định trên bầu trời và đảm bảo sự hoạt động liên tục như Rơle vô tuến trong thời gian thực đối với những vùng nhìn thấy của vệ tinh (43% bề mặt của trái đất). Sự lựa trọn các quỹ đạo phụ thuộc vào tính chất của công việc, độ can nhiễu có thể chấp nhận được và tầm xa của khả năng bệ phóng. • Quỹ đạo được đặc trưng bởi các yếu tố sau: + Quy mô v ph m vi c a các vùng c ph sóng. Trái ng c v i ôngà ạ ủ đượ ủ ượ ớ đ o các ý ki n, cao c a v tinh không ph i l nhân t quy t nh trongđả ế độ ủ ệ ả à ố ế đị vi c liên l c i v i di n tích ph sóng c th . Hi n nay v tinh i theo quệ ạ đố ớ ệ ủ ụ ể ệ ệ đ ỹ o th p ch cung c p m t kho ng không gian gi i h n, bao ph t i m t th iđạ ấ ỉ ấ ộ ả ớ ạ ủ ạ ộ ờ gian xác nh v có gi i h n t i m t i m xác nh . N u t ng ích cácđị à ớ ạ ạ ộ để đị ế độ ă anten th p (c v i dB) v i ng h ng kém thì trong tr ng h p n y ph iấ ỡ à ớ độ đị ướ ườ ợ à ả c trang b các thi t b bán v tinh v i u n y l m t ng chi phí. Do ó cácđượ ị ế ị ệ àđề à à ă đ v tinh a t nh rõ r ng l c bi t có ích cho vi c ph sóng liên t c các vùngệ đị ĩ à à đặ ệ ệ ủ ụ co di n tích r ng. Tuy nhiên nó không th ph sóng c các vùng c c mệ ộ ể ủ đượ ự à các vùng n y ch c ph sóng b i các v tinh có qu o Elip nghiêng hayà ỉ đượ ủ ở ệ ỹ đạ qu o c c.ỹ đạ ự Sinh viªn NguyÔn Xu©n Hoµng 3 + Góc ng ng c a các tr m m t t : M t v tinh có qu o Elip nghiêngẫ ủ ạ ặ đấ ộ ệ ỹđạ hay qu o c c xu t hi n trên m t t trong m t kho ng th i gian xác nhỹđạ ự ấ ệ ặ đấ ộ ả ờ đị cho phép thông tin c thi t l p t i các vùng th nh th m không va ch mđượ ế ậ ạ à ị à ạ các ch ng ng i v t nh các to nh l n t o nên góc ng ng n m trong kho ngướ ạ ậ ư à à ớ ạ ẫ ằ ả t 0ừ 0 cho n x p x 70đế ấ ỉ 0 . V i m t v tinh a t nh, góc ng ng s gi m khi sớ ộ ệ đị ĩ ẫ ẽ ả ự chênh loch v kinh tuy n, v tuy n gi a tr m m t t v v tinh t ng.ề ế ĩ ế ữ ạ ặ đấ à ệ ă + Th i gian truy n d n v th i gian tr : v tinh a t nh cung c p m t sờ ề ẫ à ờ ễ ệ đị ĩ ấ ộ ự chuy n ti p liên t c cho các tr m trong kho ng t m nhìn nh ng th i gianể ế ụ ạ ả ầ ư ờ truy n sóng t tr m n y n tr m khác b tr 0,5s. i u n y yêu c u ph i sề ừ ạ à đế ạ ị ễ Đề à ầ ả ử d ng thi t b i u khi n ti ng v ng trên các kênh i n tho i hay các giao th cụ ế ị đề ể ế ọ đệ ạ ứ c bi t truy n s li u. Th i gian truy n d n gi a các tr m s gi m n u vđặ ệ để ề ố ệ ờ ề ẫ ữ ạ ẽ ả ế ệ tinh di chuy n trong m t qu o th p, th i gian truy n gi a các tr m s gi mể ộ ỹđạ ấ ờ ề ữ ạ ẽ ả xu ng g n b ng th i gian truy n trong t m nhìn t i v tinh. Nh ng nó có thố ầ ằ ờ ề ầ ớ ệ ư ể tr nên lâu (m t v i gi ) i v i các tr m xa n u nh ki u truy n l u tr -ở ộ à ờ đố ớ ạ ế ư ể ề ư ữ chuy n ti p c s d ng.ể ế đượ ử ụ + Nhi u : v tinh a t nh chi m m t v trí xác nh trên b u tr i v vi cễ ệ đị ĩ ế ộ ị đị ầ ờ à ệ trao i thông tin v i các tr m trên m t t. ch ng nhi u gi a các h th ngđổ ớ ạ ặ đấ Để ố ễ ữ ệ ố thì ng i ta ph i quy nh b ng t n v các v trí qu o. Không gian qu oườ ả đị ă ầ à ị ỹđạ ỹđạ nh gi a các v tinh g n k nhau t i cùng m t t n s s l m t ng nhi u vỏ ữ ệ ầ ề ạ ộ ầ ố ẽ à ă độ ễ à i u n y s c n tr vi c thi t l p các v tinh m i. Các h th ng khác nhau cóđề à ẽ ả ở ệ ế ậ ệ ớ ệ ố th s d ng các t n s khác nhau nh ng i u n y b h n ch b i s l ngể ử ụ ầ ố ư đề à ị ạ ế ở ố ượ b ng t n c ch nh cho không gian thông tin vô tuy n b i các lu t c aă ầ đượ ỉ đị ế ở ậ ủ thông tin vô tuy n. Trong tr ng h p n y, m t b ng t n có th b gi i h n b iế ườ ợ à ộ ă ầ ể ị ớ ạ ở ph t n c a qu o. V i các v tinh a v o qu o thì các thông s hìnhổ ầ ủ ỹ đạ ớ ệ đư à ỹđạ ố h c c a m t h th ng n y i v i h th ng khác b bi n i theo th i gian doọ ủ ộ ệ ố à đố ớ ệ ố ị ế đổ ờ ó r t khó ng b i u n y có ngh a l nhi u c a h th ng s cao.đ ấ đồ ộđề à ĩ à ễ ủ ệ ố ẽ + Hi u su t c a b phóng : kh i l ng c a các v tinh c phóng gi m iệ ấ ủ ệ ố ượ ủ ệ đượ ả đ khi cao t ng.độ ă 1.3- PHÂN BỔ TẦN SỐ TRONG THÔNG TIN VỆ TINH Các băng tần số vô tuyến dùng cho các hệ thống thông tin vệ tinh nông thôn, hiển nhiên là phải tuân theo quy chế vô tuyến. Đặc biệt, các bằng tần được phân định cho các dịch vụ vệ tinh cố định được trình bày trong bảng. Dịch vụ a) Các tần số tuyến lên (MHz) Các tần số tuyến xuống (MHz) Chú thích b) FS FS BS FS FS FS FS FS FS 2655 – 2690 5725 – 5850 5850 – 7075 2500 – 2690 2500 – 2535 2500 – 2690 3400 – 4200 4500 – 4800 7250 – 7750 Ch R2ỉ Ch R3ỉ Chỉ R2,R3 Chỉ R1 Sinh viªn NguyÔn Xu©n Hoµng 4 FS FS FL BS BS FS BS FS BS FS FS FS FS,FL FL FS FS FS 7900 – 8400 10700 – 11700 12500 – 12750 12700 – 12750 14000 – 14500 14000 – 14800 17300 – 18100 27000 – 27500 27500 – 31000 10700 – 11700 11700 – 12500 11700 – 12200 11700 – 12300 12100 – 12700 12500 – 12750 12500 – 12750 11700 – 21200 Chỉ R1 Chỉ R1 Chỉ R3 Chỉ R2 Chỉ R2 Chỉ R1, R3 Chỉ R3 Chỉ R1 Chỉ R2 Chỉ R2,R3 Bảng : các băng tần dùng cho dịch vụ vệ tinh cố định và dịch vụ quảng bá qua vệ tinh tới 31GHz a) FS – Dịch vụ vệ tinh cố định BS – Dịch vụ vệ tinh quảng bá FL – Tuyến phi dơ cho dịch vụ vệ tinh quảng bá b) Vùng 1 (R1), vùng 2 (R2), vùng 3 (R3) được xác định theo hình (1.3) ITU đã xác lập riêng các phần nào đó của phổ tần để sử dụng các hệ thống thông tin vệ tinh, đáng chú ý là các băng tần như 2,5 – 2,7; 3,4 – 7,1 và 10,7 – 14,5 GHz. Một số nào đó trong các băng tần này được phân định để sử dụng cho các dịch vụ đặc biệt trong các vùng địa lý xác định. Trong bảng trên, R2 ám chỉ vùng 2 bao gồm Bắc Mỹ và Nam Mỹ; R3 là vùng 3 gồm Châu Úc và Châu Á và R1 là vùng 1 gồm Châu Âu, Liên Xô và Châu Phi. Hình 1.3 mô tả các vùng này trên bản đồ. Trong bảng các vùng được phép sử dụng băng tần được chỉ thị bởi R1, R2 và R3. Nếu không có bất kỳ chỉ định vùng nào thì có nghĩa là tất cả các vùng đều có thể sử dụng băng tần đó. Sinh viªn NguyÔn Xu©n Hoµng 5 Hình 1.3 . Các vùng nh c quy nh trong các Quy ch vô tuy n ưđượ đị ế ế (Radio Regulations) • B ng t n 2500 2690 MHz :ă ầ – Tất cả các tần số trong băng tần này là để dành cho các nước vùng 2 và vùng 3 (không có sự phân định nào đối với băng tần số 2,5 – 2,7 GHz cho các dịch vụ vệ tinh cố định trong vùng 1). Tại băng tần 2,5 – 2,7 GHz, suy hao khí quyển nhỏ hơn bất kỳ băng tần nào khác, song vì bước sóng tương đối dài cho nên kích thước của trạm anten mặt đất sẽ phải lớn hơn so với việc sử dụng các băng tần khác. Ngoài ra, vì băng tần này còn chưa được sử dụng rộng rãi cho nên rất ít nhà sản xuất chế tạo các thiết bị tiêu chuẩn thuộc lĩnh vực này. Băng tần này tỏ rõ lợi thế cho những yêu cầu khiêm tốn ở những điểm không có tắc nghẽn và các khe quỹ đạo là luôn luôn có sẵn để sử dụng. Tuy nhiên, băng tần này chung phần với các hệ thống tán xạ đối lưu và cần phải phối hợp với chúng. • B ng t n 3400 7075 MHz :ă ầ – Băng tần này được sử dụng nhiều nhất so với tất cả các băng tần khác. Do điều đó, việc sắp xếp các khe quỹ đạo là tương đối khó. Mặt khác vì có sẵn thị trường rộng lớn cho nên nhiều nhà sản xuất chế tạo thiết bị tiêu chuẩn, giảm được đáng kể giá thành do cạnh tranh và đảm bảo tính hiệu quả kinh tế do quy mô lớn. Mặc dù suy hao khí quyển hơi lớn hơn so với băng 2,5 – 2,7 GHz, kinh nghiệm lịch sử cho thấy rằng có thể đạt được dịch vụ thông tin chất lượng cao thực tế tại tất cả các vùng trên thế giới. Vì có can nhiễu với các hệ thống vi ba mặt đất sử dụng băng tần này, các trạm mặt đất không được lắp đặt tại nhiều vùng thành phố. Do vậy việc sử dụng băng tần này đòi hỏi phối hợp chặt chẽ với các hệ thống trên mặt đất đang hoạt động huặc đang trong dự án. • B ng t n 10,700 14,500 GHz :ă ầ – Băng tần này vừa có lợi thế vừa có bất lợi so với băng tần 3,4 – 7,1 GHz vốn được sử dụng rất rộng rãi. Nơi nào có băng tần này nói chung không được sử dụng cho các tuyến vi ba mặt đất thì có thể cho các trạm mặt đất hoạt động tại các trung tâm thành thị. Các anten tại băng tần này rất nhỏ so với các băng tần khác, do vậy chúng có thể được lắp đặt tại các mái nhà của các toà cao ốc. Nơi nào thực tế không có các sóng mang chung trong băng này thì các vệ tinh có thể sử dụng các công suất cao hơn vì không có các vấn đề can nhiễu với các hệ thống trên mặt đất. Điều bất lợi chính của băng tần này là các Sinh viªn NguyÔn Xu©n Hoµng 6 đặc tính suy hao của nó gia tăng mạnh trong miền khí hậu có nhiều sương mù, có mưa huặc có mây. 1.4- CẤU TRÚC TỔNG QUÁT MỘT HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH Một hệ thống thông tin vệ tinh bao gồm hai phần : Phần mặt đất và Phần không gian. O N M T TĐ Ạ Ặ ĐẤ Hình 1.4. Các th nh ph n c a m t h th ng thông tin v tinhà ầ ủ ộ ệ ố ệ 1.4.1. Phần không gian. Phần không gian bao gồm vệ tinh và các trang thiết bị mặt đất để điều khiển và kiểm tra theo dõi vệ tinh như sau: Hệ thống bám sát, đo đạc và điều khiển thực hiện (TT & C) và trung tâm điều khiển vệ tinh, nơi mà mọi hoạt động của vệ tinh được kiểm tra và theo dõi chặt chẽ. Các sóng vô tuyến truyền từ các trạm mặt đất lên vệ tinh được gọi là đường lên (uplink). Vệ tinh, đến lượt truyền các sóng vô tuyến tới các trạm thu tại mặt đất - đường xuống (downlink). Sinh viªn NguyÔn Xu©n Hoµng O N KHÔNG GIANĐ Ạ V TINHỆ 7 TRẠM ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ PHÁT THIẾT BỊ THU TUYẾN XUỐNGTUYẾN LÊN Chất lượng của một liên lạc vô tuyến được xác định bởi tỷ số sóng mang trên tạp âm (C/N). Vệ tinh hình thành một điểm trung chuyển trạng thái do các nhóm liên lạc song song. Khi đó nó được xem như là điểm nút của mạng, truy nhập với vệ tinh và tới bộ phát đáp vệ tinh bởi một vài sóng mạng có nghĩa là sử dụng các kỹ thuật đặc biệt, được gọi là các kỹ thuật đa truy nhập. Vệ tinh bao gồm phần trọng tải (payload) và phần nền (platfom). Phần payload bao gồm các anten thu và tất cả các thiết bị điện tử phục vụ cho việc truyền dẫn các sóng mang. Phần flatfom bao gồm các hệ thống phụ phục vụ cho phần payload hoạt động. Chúng bao gồm: + Cấu trúc. + Nguồn cung cấp điện. + Điều khiển nhiệt độ. + Điều khiển hướng và qũy đạo. + Thi t b y.ế ị đẩ + Thiết bị bám, đo đạc và điều khiển thực hiện. • Vệ tinh có hai vai trò sau: + Khu ch i các sóng mang thu c t tuy n lên s d ng cho vi cế đạ đượ ừ ế ử ụ ệ truy n d n l i trên t ng xu ng. N ng l ng sóng mang t i u v o c a máyề ẫ ạ ầ ố ă ượ ạ đầ à ủ thu v tinh yêu c u t 100pW n 1nW, còn n ng l ng t i u ra c a bệ ầ ừ đế ă ượ ạ đầ ủ ộ khuy ch i công su t phát cho tuy n xu ng yêu c u t 10 – 100W. Do óế đạ ấ ế ố ầ ừ đ l i công su t có yêu c u t 100 – 130dB. độ ợ ấ ầ ừ + Thay đổi tần số sóng mạng nhằm tránh hiện tượng một phần công suất phát đi quay trở về đầu thu, khả năng loại bỏ của đầu vào các bộ lọc tần số tuyến xuống kết hợp với độ tăng ích anten thấp giữa đầu ra phần phát và đầu vào phần thu để đảm bảo công suất cỡ 150dB. Để hoàn thành chức năng của mình thì vệ tinh có thể hoạt động như một Rơle đơn giản. Sự thay đổi tần số thông qua một bộ biến đổi tần số. Điều này thấy rõ trong các vệ tinh thương mại được vận hành hiện nay. Người ta gọi chúng là các vệ tinh “quy ước” hay “trong suốt”. Tuy nhiên, một thế hệ vệ tinh mới (bắt đầu từ ACTS và ITALSAT) đang nổi lên, chúng được gọi là các vệ tinh tái sinh và được trạng bị các bộ giải điều chế, các tín hiệu băng cơ bản được đặt sẵn trên vệ tinh. Sự thay đổi tần số đạt được bởi việc điều chế một sóng mạng mới cho tầng xuống. Việc vận hành cặp điều chế và dải điều chế có thể được đi kèm theo với việc xử lý băng cơ bản ở các mức độ phức tạp khác nhau. Để đảm bảo tính sẵn sàng cung cấp các dịch vụ, một hệ thống vệ tinh phải bao gồm một số vệ tinh để dự trữ, để thay thế cho một vệ tinh nào đó bị hỏng hay đã hết hạn sử dụng trong trường hợp này chúng ta cần phân biệt tuổi thọ và độ tin cậy của một vệ tinh. Độ tin cậy của một vệ tinh được đánh giá dựa trên các yếu tố: khả năng dẫn đến hang hóc, độ tin cậy thiết bị của vệ tinh và các phương án dự phòng. Tuổi thọ của vệ tinh phụ thuộc vào khả năng duy trì vệ tinh trên các trạm trong trạng thái tối thiểu. Sinh viªn NguyÔn Xu©n Hoµng 8 1.4.2. Phần mặt đất. Phần mặt đất bao gồm tất cả các trạm ở mặt đất, chúng thường được nối tới thiết bị của người sử dụng thông qua mạng mặt đất. Trong trường hợp các trạm nhỏ như VSAT, chúng được nối trực tiếp tới các thiết bị của người sử dụng. Các trạm lớn hay nhỏ tuỳ thuộc vào khối lượng thông tin và loại hình thông tin được truyền (thoại, hình ảnh hay dữ liệu), trạm lớn nhất được trang bị anten có đường kính 30m (chuẩn A của mạng ITALSAT) trạm nhỏ nhất được trang bị anten có đường kính 0,6m (các trạm thu trực tiếp tín hiệu hình ảnh). Các trạm cố định, vận chuyển được và di động cũng có thể có các loại khác nhau. Một số trạm chỉ thu tín hiệu nhưng cũng có trạm vừa thu vừa phát tín hiệu. Trục anten Góc ngẫng B ng chân tr iĐườ ờ Các tín hiệu băng cơ sở (Từ người sử dụng ) Các tín hiệu băng cơ sở (Đến người sử dụng ) Hình 1.5. Mô tả cấu trúc tổng quát của một trạm mặt đất. CHƯƠNG 2 PHÂN TÍCH TUYẾN LIÊN LẠC TRONG THÔNG TIN VỆ TINH 2.1- CÁC THÔNG SỐ ĐẶC TRƯNG CỦA MỘT ANTEN Sinh viªn NguyÔn Xu©n Hoµng 9 Bộ phân tuyến Dẫn đường Giám sát v à i u khi nđề ể Khu ch i ế đạ công su t RFấ Điều chế IF Khu ch i ế đạ t p âm th pạ ấ Gi i i u ch ả đ ề ế IF 2.1.1. Độ tăng ích của anten Độ tăng ích của anten là tỉ số giữa năng lượng bức xạ (hấp thụ) trên một đơn vị góc đầy của một anten tại hướng xác định và năng lượng bức xạ (hấp thụ) trên một đơn vị góc đầy của một anten đẳng hướng. Hai anten này được cung cấp cùng một mức công suât. Độ tăng ích đạt giá trị lớn nhất tại hướng bức xạ cực đại và được xác định bởi công thức : G max = (4π / λ 2 )A eff Trong đó : λ = c/f C là tốc độ ánh sáng: C = 3.10 8 m/s f là tần số sóng điện trường. A eff là diện tích hiệu dụng của anten, đối với anten có khe hở tròn hay đường kính phản xạ là D thì diện tích hình học của A có giá trị là : A = π.D 2 / 4 và giá trị hiệu dụng của anten là : A eff = η.A với η là hiệu suet của anten. Do đó : G max = η.(π.D/λ) 2 = η.(π.D.f/c) 2 (2.1) Nếu biểu diễn dưới dạng dB thì độ tăng ích của anten trong thực tế là : G max.dB = 10.logη.(π.D/λ) 2 = 10 logη.(π.D.f/c) 2 Hiệu suất η là tích các hiệu suất thành phần, bao gồm hiệu suất chiếu sáng, suy hao do tràn, sự suy bề mặt, những suy hao do điện trở hay ghép không đối xứng v v η = η i .η s .η f .η z …. (2.2) Hiệu suất chiếu sáng η i được xác định theo luật chiếu sáng của vật phản xạ trong môi trường chiếu sáng đồng nhất. Sự chiếu sáng đồng nhất (η i = 1) tạo ra mức cao của các cực đại thứ cấp. Cần phải có điều kiện với sự suy giảm chiếu sáng tại các đường biện của vật phản xạ. Hiệu suất tràn η s được định nghĩa là tỷ số giữa công suất của nguồn chính bị chắn bởi vật phản xạ so với toàn bộ công suất của nguồn chính. Góc nhìn vật phản xạ từ nguồn chính càng lớn thì hiệu suất tràn càng lớn. Tuy nhiên, đối với nguồn bức xạ cụ thể, mức chiếu sáng tại các đường biên sẽ nhỏ đi khi các giá trị của góc nhìn lớn và hiệu suất chiếu sáng sẽ giảm xuống. Hiệu suất kết thúc bề mặt η f có tính đến tác động của sự suy yếu bề mặt lên độ tăng ích của anten. Mặt nghiêng của đường Parabol trong thực tế khác với lý thuyết. Gia số về độ tăng ích của anten được tính theo công thức sau : ∆G = exp [-B(4πε/λ) 2 ] Trong đó: + ε là sai số do sản xuất. + B là hệ số, hệ số này tăng khi bán kính cong của mặt lõm giảm (B ≤ 1). Sinh viªn NguyÔn Xu©n Hoµng 10 [...]... ang 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH 1 1.1- LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN THÔNG TIN VỆ TINH 1 1.2- CÁC LOẠI QUỸ ĐẠO CỦA VỆ TINH 2 1.3- PHÂN BỔ TẦN SỐ TRONG THÔNG TIN VỆ TINH 5 1.4- CẤU TRÚC TỔNG QUÁT MỘT HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH 8 1.4.1 Phần không gian 8 1.4.2 Phần mặt đất 10 CHƯƠNG HAI 11 Sinh viªn NguyÔn Xu©n Hoµng 34 PHÂN TÍCH TUYẾN LIÊN LẠC TRONG THÔNG TIN VỆ TINH 11 2.1- CÁC THÔNG SỐ ĐĂC TRƯNG... độ tạp âm của máy thu 27 2.6- TỶ SỐ TÍN HIỆU / TẠP ÂM CỦA MỘT TUYẾN LIÊN LẠC VỆ TINH ĐƠN (TRẠM – TRẠM) 27 2.6.1 Bộ lặp của vệ tinh 27 2.6.2 Biểu thức (C/N0)i 29 2.7- MỘT SỐ BÀI TOÁN VÍ DỤ VỀ TÍNH TOÁN TUYẾN LIÊN LẠC TRONG THÔNG TIN VỆ TINH 31 2.7.1 Tính toán độ lợi của bộ lặp ở chế độ bão hoà 31 2.7.2 Tính toán tuyến lên 31 2.7.3 Tính toán tuyến xuống 34 2.7.4 Kết luận 36 MỤC LỤC 38 Sinh viªn NguyÔn... thu 2.5.4 Nhiệt độ tạp âm anten Ở đây cần xem xét hai trường hợp sau : Anten vệ tinh (tuyến lên) Anten trạm mặt đất (tuyến xuống) a Anten vệ tinh (tuyến lên) Tạp âm thu bởi anten là những tạp âm từ trái đất và từ không gian vũ trụ Độ rộng búp sóng của anten vệ tinh bằng huặc nhỏ hơn góc nhìn của trái đất từ vệ tinh, đối với vệ tinh địa tĩnh thì góc này bằng 17,5 0 Đối với độ rộng búp Sinh viªn NguyÔn... + (C/N0)-1ID] (Hz)-1 Biểu thức tổng quát trong trường hợp này trở thành (C/N0)T-1 = (C/N0)U-1 + (C/N0)D-1 + (C/N0)I-1 (Hz)-1 (C/N0)I-1 = (C/N0)IU-1 + (C/N0)ID-1 (Hz)-1 2.7- MỘT SỐ BÀI TOÁN VÍ DỤ VỀ TÍNH TOÁN TUYẾN LIÊN LẠC TRONG THÔNG TIN VỆ TINH 2.7.1 Tính toán độ lợi của bộ lặp ở chế độ bão hoà Yêu cầu thiết lập tuyến liên lạc giữa hai trạm mặt đất bằng vệ tinh Dữ liệu cho như sau : Tần số đường lên... xứng L POL của phân cực khi anten thu không được định hướng tương đương với sự phân cực của sóng được thu Trong một liên lạc với phân cực tròn, sóng được phát bị phân cực tròn trên trục của anten và trở thành Elip khi rời trục anten Việc truyền qua tầng khí quyển có thể làm thay đổi phân cực tròn thành phân cực Elip Trong liên lạc phân cực đường thẳng, sóng có thể bị quay trong mặt phẳng phân cực của... của liên lạc tổng thể 2.6.1 Bộ lặp của vệ tinh Bộ lặp có hai choc năng sau : Khuếch đại công suất tín hiệu thu Thay đổi tần số sóng mang Trong phần này chỉ nói đến bộ lọc quy ước, không có điều ch ế sóng mang và liên lạc giữa hai trạm mặt đất là liên lạc đơn có nghĩa là bộ lặp chỉ hỗ tr ợ sóng mang đơn a Đặc tuyến chuyển giao Theo quan điểm công suất thì việc thay đổi tần số là trong suốt Đặc tuyến. .. được tính toán trong trường hợp này cỡ 99,99% trong thời gian trung bình 1 năm 2.7.4 Kết luận Chất lượng liên lạc giữa máy thu và máy phát có thể được định tính qua tỷ số công suất tín hiệu trên mật độ phổ năng lượng tạp âm C/N 0 Đây là hàm đặc tính của liên lạc thiết bị đầu cuối EIRP máy phát và giá trị G/T máy thu cùng với các tính chất của môi trường truyền dẫn Trong liên lạc vệ tinh giữa hai trạm... 850 / 103 + 400 / (103.101) = 150K 2.6- TỶ SỐ TÍN HIỆU / TẠP ÂM CỦA MỘT TUYẾN LIÊN LẠC VỆ TINH ĐƠN (TRẠM – TRẠM) Ở mục (2.5) đã trình bày biểu thức tính tỷ số tín hiệu / tạp âm (C/N 0) của đường lên và đường xuống quyết định liên lạc giữa hai trạm Ở đây các biểu thức đó vẫn được dùng để thiết lập biểu thức của tỷ số C/N 0 trong tổng liên kết giữa hai trạm Các ký hiệu sau được sử dụng : (C / N0)U biểu... khoong chứa thông tin được truyền lẫn với tín hiệu mang thông tin Nó làm giảm độ chính xác khi hồi phục nội dung thông tin được truyền tại máy thu Nguồn gây ra tạp âm bao gồm các nguồn sau: Tạp âm được phát ra từ những nguồn bức xạ tự nhiên trong vùng thu sóng của anten Tạp âm được tạo bởi các thành phần điện tử trong bản thân thiết bị Các tín hiệu từ máy phát khác mà không phải là thông tin cần truyền... FRX G là tổng tăng ích công suất giữa đầu thu vệ tinh và đầu thu trạm mặt đất Điều này được hình thành do sự đóng góp của độ tăng ích bộ lặp G SL, độ tăng ích của máy phát vệ tinh (GT/LFTX) sự suy giảm trên tầng xuống L D và độ tăng ích máy thu vệ tinh trạm mặt đất (GR/LFRX) Ta có : (N0)U -1 0 0 (C/N ) = = CD (N0)U + G(N0)U CD (N0)U = (N0)U + CD G-1.CD Trong biểu thức trên G-1.CD biểu thị cho công . dùng cho dịch vụ vệ tinh cố định và dịch vụ quảng bá qua vệ tinh tới 31GHz a) FS – Dịch vụ vệ tinh cố định BS – Dịch vụ vệ tinh quảng bá FL – Tuyến phi dơ cho dịch vụ vệ tinh quảng bá b). ng c a các v tinh c phóng gi m iệ ấ ủ ệ ố ượ ủ ệ đượ ả đ khi cao t ng.độ ă 1.3- PHÂN BỔ TẦN SỐ TRONG THÔNG TIN VỆ TINH Các băng tần số vô tuyến dùng cho các hệ thống thông tin vệ tinh nông thôn,. THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH 1.1- LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN THÔNG TIN VỆ TINH Chúng ta ang s ng trong th i k quá t i m t xã h i nh h ng thông ố ờ ỳ độ ớ ộ ộ đị ướ tin tiên ti n nh các công ngh m i trong