TỔNG QUAN HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH

MỤC LỤC NỘI DUNG Trang THUẬT NGỮ VIẾT TẮT .......................................................................................... DANH MỤC BẢNG BIỂU ......................................................................................... DANH MỤC HÌNH VẼ .............................................................................................. LỜI NÓI ĐẦU ............................................................................................................. Chương 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG VỆ THÔNG TIN VỆ TINH ............... 1 1.1. Giới thiệu tổng quan về thông tin vệ tinh ............................................................ 1 1.1.1. Lịch sử phát triển hệ thống thông tin vệ tinh quốc tế ................................... 1 1.1.2. Cấu trúc tổng thể và nguyên lý thông tin vệ tinh .......................................... 1 1.1.3. Đặc điểm của thông tin vệ tinh ..................................................................... 2 1.1.3.1. Vệ tinh và các dạng quỹ đạo của vệ tinh ............................................... 2 1.1.3.2. Phân chia dải tần cho thông tin vệ tinh ................................................. 5 1.1.3.3. Ưu, nhược điểm của thông tin liên lạc qua vệ tinh: .............................. 6 1.2. Kỹ thuật thông tin vệ tinh..................................................................................... 8 1.2.1. Phóng vệ tinh, định vị và duy trì vệ tinh trên quỹ đạo. ................................ 8 1.2.1.1. Phóng vệ tinh lên quỹ đạo địa tĩnh. ....................................................... 8 1.2.1.2. Duy trì vệ tinh trên quỹ đạo. .................................................................. 9 1.2.2. Cấu hình tổng quát của một hệ thống thông tin vệ tinh. ............................... 9 1.2.2.1. Cấu trúc cơ bản của vệ tinh địa tĩnh. ................................................... 10 1.2.2.2. Trạm điều khiển vệ tinh. ...................................................................... 11 1.2.2.3. Các trạm mặt đất .................................................................................. 12 1.3. Phương pháp đa truy nhập. ................................................................................ 13 1.3.1. Đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA) ............................................. 13 1.3.2. Đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA) ........................................ 14 1.3.3. Đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA).................................................. 15 1.4. Các loại dịch vụ trong thông tin vệ tinh ............................................................. 16 1.5. Kết luận chương ................................................................................................. 18 Chương 2: VỆ TINH ĐỊA TĨNH VÀ KỸ THUẬT TRẠM MẶT ĐẤT ............. 19 2.1. Giới thiệu chung. ................................................................................................ 19 Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Nguyễn Đình Luyện SVTH: Nguyễn Văn Đầy 2.1.1. Quá trình phát triển của thông tin vệ tinh địa tĩnh. ..................................... 19 2.1.2. Hoạt động của thông tin vệ tinh địa tĩnh..................................................... 20 2.2. Vệ tinh thông tin địa tĩnh ................................................................................... 22 2.2.1. Cấu trúc hệ thống thông tin vệ tinh địa tĩnh ............................................... 22 2.2.1.1. Phân đoạn không gian ......................................................................... 22 2.2.1.2. Phân đoạn mặt đất ......................................................................... 26 2.2.1.3. Hệ thống cung cấp nguồn và điều hoà nhiệt ....................................... 27 2.3. Kỹ thuật trạm mặt đất. ........................................................................................ 27 2.3.1. Hệ thống anten. ........................................................................................... 27 2.3.1.1. Đặc tính, yêu cầu của anten trạm mặt đất ............................................ 27 2.3.1.2. Phân loại anten .................................................................................... 28 2.3.1.3. Các thông số của anten parabol đối xứng ............................................ 29 2.3.2. Dải thông ..................................................................................................... 33 2.3.3. Kỹ thuật trong truyền dẫn ........................................................................... 34 2.3.3.1. Kỹ thuật đồng bộ: ................................................................................ 34 2.3.3.2. Sửa lỗi mã: ........................................................................................... 34 2.3.4. Các thiết bị truyền dẫn số trên mặt đất ....................................................... 35 2.3.4.1. Số hoá tín hiệu tương tự ...................................................................... 35 2.3.4.2. Thiết bị bảo mật (Encryption) ............................................................. 36 2.3.4.3. Bộ mã hoá kênh (Channel Encoder) .................................................... 38 2.3.5. Kỹ thuật điều chế ........................................................................................ 38 2.4. Các thông số cơ bản trên tuyến truyền thông tin ............................................... 39 2.4.1. Các mức công suất ...................................................................................... 39 2.4.1.1 Công suất bức xạ đẳng hướng tương đương ........................................ 39 2.4.1.2. Công suất thu ....................................................................................... 40 2.4.2. Các loại suy hao .......................................................................................... 41 2.4.2.2. Suy hao do anten thu phát lệch nhau (hình 2.23) ................................ 41 2.4.2.3. Suy hao do không thu đúng phân cực ................................................. 42 2.4.2.4. Suy hao do khí quyển .......................................................................... 42 2.4.2.5. Suy hao do mưa và mây ...................................................................... 42 Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Nguyễn Đình Luyện SVTH: Nguyễn Văn Đầy 2.4.3. Nhiễu trên tuyến thông tin .......................................................................... 46 2.4.3.1. Các nguồn nhiễu .................................................................................. 46 2.4.3.2. Mật độ phổ công suất tạp nhiễu N0 ..................................................... 46 2.4.3.3. Nhiễu nhiệt của một nguồn nhiễu ........................................................ 47 2.4.3.4. Hệ số nhiễu .......................................................................................... 47 2.3.3.5. Nhiệt độ nhiễu của bộ suy hao Te ........................................................ 48 2.4.3.6. Nhiệt độ nhiễu của phần tử tích cực .................................................... 48 2.4.3.8. Nhiễu nhiệt của anten TA ..................................................................... 50 2.4.3.9. Nhiễu nhiệt ở hệ thống thu .................................................................. 51 2.4.3.10. Tỉ lệ tín hiệu trên nhiễu tại đầu vào decoder ..................................... 51 2.4.3.11. Tỉ số năng lượng của Bitmật độ tạp âm EbN0 (Energy of Noise Density Ratio) ................................................................................................... 52 2.5. Kết luận chương ................................................................................................. 54 Chưong 3: HỆ THỐNG VỆ TINH VIỄN THÔNG VINASAT .......................... 55 3.1. Tình hình chung ................................................................................................. 55 3.1.1. Sự phát triển hệ thống thông tinh vệ tinh thế giới ...................................... 55 3.1.2. Sự phát triển hệ thống thông tinh vệ Việt Nam .......................................... 55 3.1.3. Thông tin về vệ tinh viễn thông VINASAT1 ............................................ 55 3.2. Vệ tinh viễn thông VINSAT .............................................................................. 56 3.2.1. Tầm quan trọng của vệ tinh VINASAT1 .................................................. 56 3.2.1.1. Nhà nước ............................................................................................. 56 3.2.1.2. Doanh nghiệp ....................................................................................... 57 3.2.1.3. Người dân ............................................................................................ 58 3.3. Quá trình vận hành và khai thác dịch thông qua VINASAT1 .......................... 61 3.3.1. Trạm điều khiển vệ tinh VINASAT1 ........................................................ 61 3.3.2. Khai thác dịch vụ vệ tinh VINASAT1 ...................................................... 61 3.4. Các dịch vụ từ vệ tinh VINASAT1 .................................................................. 62 3.4.1. VINASAT1 cho Bộ quốc phòng và công an ............................................. 62 3.4.1.1. Lựa chọn băng tần ............................................................................... 63 3.4.1.2. Các dịch vụ của hệ thống thông tin vệ tinh quân sự ............................ 64 Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Nguyễn Đình Luyện SVTH: Nguyễn Văn Đầy 3.4.2. VINASAT1 cho các nhà cung cấp dịch vụ ............................................... 65 3.4.2.1. Phát thanh lưu động ............................................................................. 65 3.4.2.2. Truyền hình qua vệ tinh ....................................................................... 66 3.4.2.3. Dịch vụ Internet băng rộng .................................................................. 68 3.4.2.3. Truyền hình hội nghi ........................................................................... 70 3.4.2.4.Thông tin di động qua vệ tinh............................................................... 70 3.4.2.5. VoIP và PSTN ..................................................................................... 71 3.4.2.7. Dịch vụ phát hình MPEG4 ................................................................. 72 3.4.2.8. Đào tại từ xa ........................................................................................ 73 3.4.2.9. Ứng dụng vệ tinh trong khí tượng thủy văn ........................................ 73 3.5. Dự án VINASAT2 ............................................................................................ 74 3.6. Kết luận chương ................................................................................................. 75 Chương 4: THIẾT KẾ KÊNH TRUYỀN DẪN THÔNG TIN QUA VỆ TINH 76 4.1. Các thông số kỹ thuật ......................................................................................... 76 4.1.1. Tọa độ vệ tinh ............................................................................................. 76 4.1.2. Trạm mặt đất ............................................................................................... 76 4.2. Cơ sở thiết kế tuyến ............................................................................................ 79 4.2.1. Tính tuyến lên ............................................................................................. 79 4.2.1.1. Tuyến lên khi trời trong ....................................................................... 79 4.2.1.2. Tuyến lên khi trời mưa ........................................................................ 80 4.2.2. Tính tuyến xuống ........................................................................................ 80 4.2.2.1. Tính tuyến xuống khi trời trong .......................................................... 80 4.2.2.2. Tính tuyến xuống khi trời mưa ............................................................ 81 4.2.3. Tính tuyến tổng ........................................................................................... 81 4.2.3.1. Lùi công suất ngõ vào và ngõ ra .......................................................... 81 4.2.3.2. Độ lợi công suất vệ tinh ....................................................................... 82 4.2.3.3. Quan hệ giữa độ lợi, EIRP và mật độ thông lượng công suất bão hoà82 4.2.3.4. Thông số tuyến tổng ............................................................................ 83 4.3. Thiết kế tuyến truyền hình số vệ tinh VINASAT1 132 O E ............................... 85 4.3.1. Vị trí đặt trạm mặt đất ................................................................................. 85 Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Nguyễn Đình Luyện SVTH: Nguyễn Văn Đầy 4.3.2. Thiết kế tính toán tuyến lên băng Ku.......................................................... 85 4.3.2.1. Băng Ku khi trời trong ......................................................................... 85 4.3.2.2. Băng Ku khi trời mưa .......................................................................... 88 4.3.3. Thiết kế tính toán tuyến xuống băng Ku .................................................... 90 4.3.3.1. Băng Ku khi trời trong ......................................................................... 90 4.3.3.2. Băng Ku khi trời mưa .......................................................................... 92 4.4. Mô phỏng bài toán ............................................................................................. 93 4.4.1. Giao diện chương trình chính ..................................................................... 93 4.4.2. Thông tin về chương trình thiết kế ............................................................. 94 4.4.3. Giao diện chương trình tính toán và thiết kế đường truyền vệ tinh ............ 94 4.5. Kết luận chương: ................................................................................................ 95 KẾT LUẬN .............................................................................................................. 96 TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 97 PHỤ LỤC……………………………….……………...…………………….………

Trang 1

GVHD: ThS Nguyễn Đình Luyện SVTH: Nguyễn Văn Đầy

MỤC LỤC

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC BẢNG BIỂU

DANH MỤC HÌNH VẼ

LỜI NÓI ĐẦU

Chương 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG VỆ THÔNG TIN VỆ TINH 1

1.1 Giới thiệu tổng quan về thông tin vệ tinh 1

1.1.1 Lịch sử phát triển hệ thống thông tin vệ tinh quốc tế 1

1.1.2 Cấu trúc tổng thể và nguyên lý thông tin vệ tinh 1

1.1.3 Đặc điểm của thông tin vệ tinh 2

1.1.3.1 Vệ tinh và các dạng quỹ đạo của vệ tinh 2

1.1.3.2 Phân chia dải tần cho thông tin vệ tinh 5

1.1.3.3 Ưu, nhược điểm của thông tin liên lạc qua vệ tinh: 6

1.2 Kỹ thuật thông tin vệ tinh 8

1.2.1 Phóng vệ tinh, định vị và duy trì vệ tinh trên quỹ đạo 8

1.2.1.1 Phóng vệ tinh lên quỹ đạo địa tĩnh 8

1.2.1.2 Duy trì vệ tinh trên quỹ đạo 9

1.2.2 Cấu hình tổng quát của một hệ thống thông tin vệ tinh 9

1.2.2.1 Cấu trúc cơ bản của vệ tinh địa tĩnh 10

1.2.2.2 Trạm điều khiển vệ tinh 11

1.2.2.3 Các trạm mặt đất 12

1.3 Phương pháp đa truy nhập 13

1.3.1 Đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA) 13

1.3.2 Đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA) 14

1.3.3 Đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA) 15

1.4 Các loại dịch vụ trong thông tin vệ tinh 16

1.5 Kết luận chương 18

Chương 2: VỆ TINH ĐỊA TĨNH VÀ KỸ THUẬT TRẠM MẶT ĐẤT 19

2.1 Giới thiệu chung 19

Trang 2

2.1.1 Quá trình phát triển của thông tin vệ tinh địa tĩnh 19

2.1.2 Hoạt động của thông tin vệ tinh địa tĩnh 20

2.2 Vệ tinh thông tin địa tĩnh 22

2.2.1 Cấu trúc hệ thống thông tin vệ tinh địa tĩnh 22

2.2.1.1 Phân đoạn không gian 22

2.2.1.2 Phân đoạn mặt đất 26

2.2.1.3 Hệ thống cung cấp nguồn và điều hoà nhiệt 27

2.3 Kỹ thuật trạm mặt đất 27

2.3.1 Hệ thống anten 27

2.3.1.1 Đặc tính, yêu cầu của anten trạm mặt đất 27

2.3.1.2 Phân loại anten 28

2.3.1.3 Các thông số của anten parabol đối xứng 29

2.3.2 Dải thông 33

2.3.3 Kỹ thuật trong truyền dẫn 34

2.3.3.1 Kỹ thuật đồng bộ: 34

2.3.3.2 Sửa lỗi mã: 34

2.3.4 Các thiết bị truyền dẫn số trên mặt đất 35

2.3.4.1 Số hoá tín hiệu tương tự 35

2.3.4.2 Thiết bị bảo mật (Encryption) 36

2.3.4.3 Bộ mã hoá kênh (Channel Encoder) 38

2.3.5 Kỹ thuật điều chế 38

2.4 Các thông số cơ bản trên tuyến truyền thông tin 39

2.4.1 Các mức công suất 39

2.4.1.1 Công suất bức xạ đẳng hướng tương đương 39

2.4.1.2 Công suất thu 40

2.4.2 Các loại suy hao 41

2.4.2.2 Suy hao do anten thu phát lệch nhau (hình 2.23) 41

2.4.2.3 Suy hao do không thu đúng phân cực 42

2.4.2.4 Suy hao do khí quyển 42

2.4.2.5 Suy hao do mưa và mây 42

Trang 3

2.4.3 Nhiễu trên tuyến thông tin 46

2.4.3.1 Các nguồn nhiễu 46

2.4.3.2 Mật độ phổ công suất tạp nhiễu N0 46

2.4.3.3 Nhiễu nhiệt của một nguồn nhiễu 47

2.4.3.4 Hệ số nhiễu 47

2.3.3.5 Nhiệt độ nhiễu của bộ suy hao Te 48

2.4.3.6 Nhiệt độ nhiễu của phần tử tích cực 48

2.4.3.8 Nhiễu nhiệt của anten TA 50

2.4.3.9 Nhiễu nhiệt ở hệ thống thu 51

2.4.3.10 Tỉ lệ tín hiệu trên nhiễu tại đầu vào decoder 51

2.4.3.11 Tỉ số năng lượng của Bit/mật độ tạp âm Eb/N0 (Energy of Noise Density Ratio) 52

Chưong 3: HỆ THỐNG VỆ TINH VIỄN THÔNG VINASAT 55

3.1 Tình hình chung 55

3.1.1 Sự phát triển hệ thống thông tinh vệ tinh thế giới 55

3.1.2 Sự phát triển hệ thống thông tinh vệ Việt Nam 55

3.1.3 Thông tin về vệ tinh viễn thông VINASAT-1 55

3.2 Vệ tinh viễn thông VINSAT 56

3.2.1 Tầm quan trọng của vệ tinh VINASAT-1 56

3.2.1.1 Nhà nước 56

3.2.1.2 Doanh nghiệp 57

3.2.1.3 Người dân 58

3.3 Quá trình vận hành và khai thác dịch thông qua VINASAT-1 61

3.3.1 Trạm điều khiển vệ tinh VINASAT-1 61

3.3.2 Khai thác dịch vụ vệ tinh VINASAT-1 61

3.4 Các dịch vụ từ vệ tinh VINASAT-1 62

3.4.1 VINASAT-1 cho Bộ quốc phòng và công an 62

3.4.1.1 Lựa chọn băng tần 63

3.4.1.2 Các dịch vụ của hệ thống thông tin vệ tinh quân sự 64

Trang 4

3.4.2 VINASAT-1 cho các nhà cung cấp dịch vụ 65

3.4.2.1 Phát thanh lưu động 65

3.4.2.2 Truyền hình qua vệ tinh 66

3.4.2.3 Dịch vụ Internet băng rộng 68

3.4.2.3 Truyền hình hội nghi 70

3.4.2.4.Thông tin di động qua vệ tinh 70

3.4.2.5 VoIP và PSTN 71

3.4.2.7 Dịch vụ phát hình MPEG-4 72

3.4.2.8 Đào tại từ xa 73

3.4.2.9 Ứng dụng vệ tinh trong khí tượng thủy văn 73

3.5 Dự án VINASAT-2 74

Chương 4: THIẾT KẾ KÊNH TRUYỀN DẪN THÔNG TIN QUA VỆ TINH 76 4.1 Các thông số kỹ thuật 76

4.1.1 Tọa độ vệ tinh 76

4.1.2 Trạm mặt đất 76

4.2 Cơ sở thiết kế tuyến 79

4.2.1 Tính tuyến lên 79

4.2.1.1 Tuyến lên khi trời trong 79

4.2.1.2 Tuyến lên khi trời mưa 80

4.2.2 Tính tuyến xuống 80

4.2.2.1 Tính tuyến xuống khi trời trong 80

4.2.2.2 Tính tuyến xuống khi trời mưa 81

4.2.3 Tính tuyến tổng 81

4.2.3.1 Lùi công suất ngõ vào và ngõ ra 81

4.2.3.2 Độ lợi công suất vệ tinh 82

4.2.3.3 Quan hệ giữa độ lợi, EIRP và mật độ thông lượng công suất bão hoà82 4.2.3.4 Thông số tuyến tổng 83

4.3 Thiết kế tuyến truyền hình số vệ tinh VINASAT-1 132O E 85

4.3.1 Vị trí đặt trạm mặt đất 85

Trang 5

4.3.2 Thiết kế tính toán tuyến lên băng Ku 85

4.3.2.1 Băng Ku khi trời trong 85

4.3.2.2 Băng Ku khi trời mưa 88

4.3.3 Thiết kế tính toán tuyến xuống băng Ku 90

4.3.3.1 Băng Ku khi trời trong 90

4.3.3.2 Băng Ku khi trời mưa 92

4.4 Mô phỏng bài toán 93

4.4.1 Giao diện chương trình chính 93

4.4.2 Thông tin về chương trình thiết kế 94

4.4.3 Giao diện chương trình tính toán và thiết kế đường truyền vệ tinh 94

4.5 Kết luận chương: 95

KẾT LUẬN 96

TÀI LIỆU THAM KHẢO 97

PHỤ LỤC……….……… ……….………

Trang 6

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

ARQ Automatic Repeat Repuest Phát lại tự động

CDMA Code Division Multiple

DTH Direct To Home Phát trực tiếp đến trạm mặt đất

ETRP Equivalent Isotropic Radiated

f/d focal/diameter Tiêu cự/đường kính anten parabol

FDMA Frequency Division Multiple

Access

Đa nhập cập phân chia theo tần

số FEC Forward Error Conrection Sửa lỗi bên thu

GPS Global Positioning System Hệ thống vệ tinh toàn cầu

HDTV High Definition Television Truyền hình số độ phân giải cao HPA High Power Amplifine Khuếch đại công suất cao

IF Intermediate Frequency Trung tần

IPS Intrusion prevention system Chống xâm nhập hệ thống

ISDN Integrated services Digital

Trang 7

PCM Pulse Code Modulation Điều biến mã xung

PSDN Public switched data network Mạng chuyển mạch số công cộng PSK Phase shift keying Khóa dịch pha

SES Satellite Earth Station Thu vệ tinh từ trạm mặt đất

TDMA Time Division Multiple

Access

Đa nhập cập phân chia theo thời gian

UPS Uninterupted Power Supply Nguồn điện không bao giờ ngắt

VLAN virtual local area network Mạng LAN ảo

VoIP Voice over Internet Protocol Đàm thoại qua internet

VSAT Very Small Aperture

Terminals Thiết bị đầu cuối kích thước nhỏ VSWR Voltage Standing Wave

Trang 8

DANH MỤC BẢNG BIỂU

2.1 Độ lợi anten với các đường kính khác nhau ở những băng tần

2.2 Lượng mưa tương ứng với tổng thời gian suy giảm tín hiệu do

2.4 Quan hệ giữa hệ số nhiễu và nhiệt độ nhiễu 48 4.1 Quan hệ a và a’ phụ thuộc vị trí trạm mặt đất và vệ tinh 78

Trang 9

DANH MỤC HÌNH VẼ

1.4 Sự suy giảm của sóng vô tuyến trong không gian 5

1.10 Băng thông sóng mang truyền dẫn theo kỹ thuật truy nhập

2.1 Cấu hình hệ thống thông tin vệ tinh địa tĩnh 20

2.5 Độ rộng búp sóng anten trạm mặt đất θ3dB ≤ 1,6O 28 2.6 Các loại anten dùng trong truyền hình vệ tinh 29

2.9 Quan hệ giữa mức năng lượng ở rìa chảo và tỉ số f/D 30

Trang 10

2.11 Mô tả quan hệ G, D và  3dB của anten parabol đối xứng 33

2.12 Các thành phần của một chuỗi truyền dẫn số qua vệ tinh 35

2.20 Lượng mưa trung bình (mm/h) của các vùng trên thế giới 43

2.22 Lượng mưa R0.01 (mm/h) vượt quá 0.01% của một năm trung

2.23 Toán đồ xác định suy hao trên một đơn vị chiều dài trong mưa

2.27 Công suất nhiễu của hệ thống các mạch mắc nối tiếp 50 2.28 Nhiễu nhiệt mặt đất khi trời trong và khi mưa 50 2.29 Nhiễu từ bầu trời và mặt đất đến anten 50

3.4 Trung tâm điều khiển vệ tinh VINASAT-1 Quế Dương 61

Trang 11

3.6 Mô hình cung cấp dịch vụ internet qua vệ tinh 68

3.8 Các thành phần chính cho cơ sở hạ tầng mạng di động qua vệ

4.5 Góc ngẩng e và một nửa góc mở vệ tinh 0 77

4.8 Quan hệ công suất vào và ra đến bão hòa 81 4.9 Đặc tính chuyển đổi công suất của bộ phát đáp vệ tinh 82

4.11 Các mức công suất ở tuyến lên Ku Quy Nhơn 88 4.12 Các mức công suất ở tuyến xuống Ku Quy Nhơn 92

Trang 12

LỜI NÓI ĐẦU

Thông tin vệ tinh chỉ mới xuất hiệu trong hơn bốn thập kỹ qua nhưng đã phát triển rất nhanh chóng trên thế giới cũng như trong nước ta, mở ra cho một thời kỳ mới cho sự phát triển trong mọi lĩnh vực khoa học cũng như đời sống nói chung và đặc biệt ngành viễn thông nói riêng

Ngày nay chúng ta đang sống trong một thế giới của thông tin, nhu cầu thông tin giữa con người với con người ngày càng lớn thuận lợi hơn và hoàn hảo hơn nhờ vào các hệ thống truyền tin đa dạng như hệ thống thông tin vô tuyến hay hệ thống thông tin hữu tuyến Các hệ thống này thật sự là phương tiện cực kỳ hữu ích vì nó

có khả năng kết nối mọi nơi trên thế giới để vượt qua cả khái niệm về không gian và thời gian giúp con người gần gũi nhau hơn mặc dù quãng đường rất xa, giúp con người cảm nhận cảm nhận được cuộc sống hiện tại của thế giới xung quanh, thông tin qua vệ tinh không chỉ có ý nghĩa truyền dẫn đối với quốc gia, khu vực còn mang tính xuyên lục địa như vệ tinh toàn cầu Nhờ có vệ tinh mà quá trình truyền thông tin diễn ra giữa các châu lục trở nên tiện lợi và nhanh chóng thông qua nhiều loại hình dịch vụ khác nhau

Thông tin vệ tinh đã được ứng dụng vào nước ta bắt đầu từ những năm 80 mở ra một sự phát triển mới của viễn thông Việt Nam Thông tin vệ tinh có nhiều ưu điểm nổi bật là vùng phủ sóng rất rộng, triển khai lắp đặt nhanh và khả năng cung cấp dịch vụ đa dạng cho người dụng Nó là phương tiện hữu hiệu nhất để kết nối thông tin liên lạc với các vùng xa xôi, biên giới, hải đảo nơi mà mạng cố định không thể với tới được, đồng thời thông tin vệ tinh nhờ ưu điểm triển khai lắp đặt và thiết lập liên lạc nhanh sẽ là phương tiện liên lạc cơ động giúp ứng cứu kịp thời trong các tình huống khẩn cấp

Trước khi có vệ tinh VINASAT-1, Việt Nam đã thuê vệ tinh của các nước khu vực để phục vụ cho nhu cầu thông tin Vệ tinh VINASAT-1 đưa vào sử dụng áp ứng ngày càng tăng về trao đổi thông tin, giảm chi phí thuê vệ tinh của các nước,…mở ra một bước tiến mới cho viễn thông Việt Nam VINASAT-1 đang vận hành và khai thác tốt, sử dụng gần hết công suất và Việt Nam đã có dự án

Trang 13

VINASAT-2 sẽ được phóng và đưa vào sử dụng trong vài năm tới Do đó việc hiểu biết về thông tin vệ tinh là cần thiết

Từ những vấn đề đó mà đề tài chỉ đi sâu nghiên cứu khảo sát về hệ thống thông tin vô tuyến mà cụ thể là hệ thống thông tin vệ tinh Phần nội dung của đề tài được phân bố gồm 4 chương:

Chương 1: Tổng quan hệ thống thông tin vệ tinh

Chương 2: vệ tinh địa tĩnh và kỹ thuật trạm mặt đất

Chưong 3: Hệ thống vệ tinh viễn thông VINASAT

Chương 4: Thiết kế kênh truyền dẫn thông tin qua vệ tinh

Ngoài ra còn có một phần phụ lục để bổ sung nội dung cho một số vấn đề cần được làm sáng tỏ trong phần nội dung của đề tài

Thông tin vệ tinh là một lĩnh vực khoa học kỹ thuật cao, việc tìm hiểu nghiên cứu đòi hỏi phải có thời gian, kinh nghiệm và một kiến thức sâu rộng Do đó, chắc chắn đồ án không thể tránh khỏi những thiếu sót, cần được xem xét thấu đáo hơn

Em xin chân thành cảm ơn tất cả các ý kiến đóng góp của các thầy cô và toàn thể các bạn để đồ án được hoàn chỉnh hơn

Xin chân thành cảm ơn thầy giáo ThS Nguyễn Đình Luyện đã tạo mọi điều kiện và tận tình hướng dẫn em trong suốt thời gian thực hiện đồ án

Xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo Khoa Kỹ thuật & Công nghệ, trường Đại học Quy Nhơn đã tạo điều kiện thuận lợi, giúp đỡ em trong suốt thời gian học tập tại trường

Quy Nhơn, ngày 9 tháng 10 năm 2010

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Văn Đầy

Trang 14

Chương 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG VỆ THÔNG TIN VỆ TINH

1.1 Giới thiệu tổng quan về thông tin vệ tinh

1.1.1 Lịch sử phát triển hệ thống thông tin vệ tinh quốc tế

- Tháng 10 năm 1957 lần đầu tiên trên thể giới, Liên Xô phóng thành công vệ tinh nhân tạo SPUTNIK-1 Đánh dấu một kỷ nguyên về thông tin vệ tinh

- Năm 1958 bức điện đầu tiên được phát qua vệ tinh SOCRE của Mỹ, bay ở vĩ đạo thấp

- Năm 1964 thành lập tổ chức thông tin vệ tinh quốc tế INTELSAT

- Cuối năm 1965 Liên Xô phóng thông tin vệ tinh MOLNYA lên quỹ đạo elip

- Năm 1971 thành lập tổ chức thông tin vệ tinh quốc tế INTERSPTNIK gồm Liên

1.1.2 Cấu trúc tổng thể và nguyên lý thông tin vệ tinh

Hình 1.1: Sơ đồ đường thông tin vệ tinh

Tuyến lên

Vệ tinh

Tuyến xuống

Trang 15

Muốn thiết lập một đường thông tin vệ tinh, trước hết phải phóng một vệ tinh lên qũy đạo và có khả năng thu sóng vô tuyến điện.Về tinh có thể là vệ tinh thụ động, chỉ phản xạ sóng vô tuyến một cách thu động và không khuếch đại và biến đổi tàn số Hầu hết các vệ tinh thông tin hiện nay là vệ tinh tích cực Vệ tinh sẽ thu tín hiệu từ trạm mặt đất, (SES: Satellite Earth Station) biến đổi, khuếch đại và phát lại đến một hoặc nhiều trạm mặt đất khác

Tín hiệu từ trạm mặt đất vệ tinh, gọi là đường lên (uplink) và tín hiệu từ trạm mặt từ vệ tinh về một trạm mặt đất khác đường xuống (downlink) Thiết bị thông tin qua vệ tin bao gồm một số bộ phát đáp sẽ khuếch đại tín hiệu ở các băng tần nào đó lên một công suất đủ lớn và phát về mặt đất

1.1.3 Đặc điểm của thông tin vệ tinh

1.1.3.1 Vệ tinh và các dạng quỹ đạo của vệ tinh

- Khái niệm: Một vệ tinh có khả năng thu và phát sóng vô tuyến điện khi được

phóng vào vũ trụ ta gọi là vệ tinh thông tin Khi đó vệ tinh sẽ khuếch đại sóng vô tuyến điện nhận được từ các trạm mặt đất và phát lại sóng vô tuyến điện đến các

trạm mặt đất khác

Do vệ tinh chuyển động khác nhau khi quan sát từ mặt đất, phụ thuộc vào quỹ đạo bay của vệ tinh, vệ tinh có thể phân ra vệ tinh quỹ đạo thấp và vệ tinh địa tĩnh Mỗi loại vệ tinh có nhưng đặc điểm riêng, tùy theo từng loại ứng dụng mà việc

sử dụng vệ tinh cũng khác nhau

- Quỹ đạo của vệ tinh:

Khi quan sát từ mặt đất, sự di chuyển của vệ tinh theo quỹ đạo bay người ta thương phân vệ tinh thành hai loại:

+ Vệ tinh quỹ đạo thấp: là vệ tinh chuyển động liên tục so với mặt đất, thời gian cần thiết cho vệ tinh để chuyển động xung quanh quỹ đạo của nó khác với chu kỳ quay của quả đất (loại vệ tinh này được ứng dụng trong việc nghiên cứu khoa học, quân sự, khí tượng thủy văn, thông tin di động, …)

Trang 16

Hình 1.2: Vệ tinh quỹ đạo thấp

 Để đảm bảo liên lạc liên tục trong 24 giờ thì phải cần nhiều vệ tinh

 Ứng dụng: Tổn hao đường truyền nhỏ do vệ tinh bay ở độ cao thấp, nên phù họp với thông tin di động Trễ truyền lan nhỏ

+ Vệ tinh địa tĩnh: là vệ tinh được phóng lên quỹ đạo tròn ở độ cao khoảng 36.000 km so với đường kính quỹ đạo Vệ tinh này bay xung quanh trái đất 1 vòng mất 24 giờ Do T bay của vệ tinh bằng T quay của Trái đất và cùng phương hướng (hướng Đông), bởi vậy vệ tinh dường như đứng yên khi quan sát từ mặt đất, gọi là

vệ tinh địa tĩnh

Hình 1.3: Quỹ đạo vệ tinh địa tĩnh

Quỹ đạo elip

Trang 17

 Vùng phủ sóng của vệ tinh lớn, bằng 42,2% bề mặt trái đất

 Các trạm mặt đất ở xa có thể liên lạc trực tiếp và hệ thống 3 quả vệ tinh có thể phủ sóng toàn cầu

 Nhược điểm:

 Quỹ đạo địa tĩnh là quỹ đạo duy nhất tồn tại trong vũ trụ và được coi là một tài nguyên thiên nhiên co hạn Tài nguyên này đang cạn kiệt do số lượng vệ tinh của các nước phóng lên ngày càng nhiều

Không phủ sóng được những vùng có vĩ độ lớn hơn 81,30 Chất lượng đường truyền phụ thuộc vào thời tiết

Thời gian trễ truyền lan lớn, theo đường ngắn nhất có:

Từ: trạm – vệ tinh – trạm (72.000Km)  240ms

Từ: trạm – vệ tinh – trạm Hub – vệ tinh – trạm (154.000Km)  513ms Từ: trạm – vệ tinh – trạm (143.000Km)  447ms

 Tính bảo mật không cao

 Suy hao công suất cho đường truyền lớn (gần 200dB)

 Ứng dụng: Được sử dụng làm quỹ đạo cho vệ tinh thông tin bảo đảm thông tin cho các vùng co vĩ độ nhỏ hơn 81,30 Là loại vệ tinh được sử dụng phổ biến nhất, với nhiều loại hình dịch vụ

Nhận xét: Từ các dạng quỹ đạo nêu trên thì vệ tinh địa tĩnh là vệ tinh sử dụng

cho thông tin là lý tưởng nhất vì nó đứng yên khi quan sát từ vị trí cố định trên trái đất Nghĩa là thông tin sẽ được bảo đảm liên lục, ổn định trong 24 giờ với các trạm nằm trong vùng phủ sóng của vệ tinh mà không cần chuyển đổi sang một vệ tinh khác Bởi vậy hầu hết các hệ thống thông tin vệ tinh cố định đều sử dụng vệ tinh địa tĩnh

Trang 18

1.1.3.2 Phân chia dải tần cho thông tin vệ tinh

Hình 1.4: Sự suy giảm của sóng vô tuyến trong không gian

Hình trên cho thấy sóng điện từ ở tần số thấp bị hấp thụ năng lượng mạnh khi truyền qua tầng điện li (đặc biệt là mây từ) và ở tần số cao (lớn hơn 10Ghz) bị suy hao đáng kể khi truyền qua lớp khí quyển (mây mù và đặc biệt là mưa) Chỉ có dải tần từ 1-10 GHz là có suy hao tương đối thấp nên được chọn sử dụng trong thông tin vệ tinh, ta gọi khoảng tần số này là cửa sổ vô tuyến (Radio Window)

Liên đoàn thông tin quốc tế ITU chia thế giới ra làm 3 khu vực:

 Khu vực 1: gồm Châu Âu, Châu Phi, vùng Trung Đông và Nga

 Khu vưc 2: gồm các nước châu Mỹ

 Khu vực 3: gồm các nước Châu Á và Châu Đại Dương

Tần số phân phối cho một dịch vụ nào đó có thể phụ thuộc vào khu vục Trong một khu vực một vùng dịch vụ có thể được dùng toàn bộ băng tần của khu vực này hoặc phải chia sẻ với các dịch vụ khác Các dịch vụ cố định sử dụng các băng tần theo băng sau:

Bảng 1.1 Quy định băng tần thông tin vệ tinh

(d) Tropospheric scintillation Nhiễu tầng đối lưu Radio Window

O 2

H 2 O

0.2 0.5 1 2 5 10 20 30 0.1

Trang 19

Đối với thông tin vệ tinh Quốc tế, độ tin cậy là rất quan trọng Do đó việc lựa chọn băng tần dùng cho thông tin vệ tinh Quốc tế phải cần được lựa chọn và thăm

dò kỹ càng Người ta đã chọn băng C dùng cho thông tinh vệ tinh Quốc tế, còn băng

Ku trước đây dùng cho thông tin vệ tinh nội địa hiện nay đã được mở rộng cho khu vực

1.1.3.3 Ưu, nhược điểm của thông tin liên lạc qua vệ tinh:

+ Có khả năng thông tin quảng bá cũng như thông tin điểm nối điểm Một vệ tinh

có thể phủ sóng cho một vùng rộng lớp trên trái đất (vệ tinh địa tinh ở búp ở sóng toàn cầu có vùng phủ sóng chiếm 1/3 bề mặt trái đất), như vậy một trạm mặt đất có thể thông tin với nhiều trạm mặt đất khác trong vùng phủ sóng đó Nếu có 3 vệ tinh địa tĩnh phóng lên ở ba vị trí thích hợp thì sẽ phủ sóng toàn cầu do đó các dịch vụ thông tin toàn cầu sẽ được thực hiện

+ Có khả năng băng rộng: Các bộ lặp trên vệ tinh thường là các thiết bị băng tần rộng, có thể thực hiện nhiều dịch vụ băng rộng cũng như các dịch vụ khác Độ rộng băng tần của mỗi bộ lặp (repeater) có thể lên đến hàng chục megahertz Một bộ lặp

có thể được sử dụng cho hai trạm mặt đất trong vùng phủ sóng của vệ tinh Các hệ thống thông tin trên mặt đất thường giới hạn ở cư ly gần (ví dụ như truyền hình nội hạt) hoặc cho các trung kế dung lượng nhỏ giữa các thị trường chính

Trang 20

+ Dung lượng thông tin lớn: Vì sử dụng ở tần số cao nên băng tần rộng, hơn nữa

đã áp dụng các biện phát tiết kiệm tân số (FDMA, TDMA, CDMA,…) Đáp ứng được hầu hết các dịch vụ mà thực tế đề ra

Ít chịu ảnh hưởng bởi địa hình của mặt đất Do độ cao bay lớn nên thông tin vệ tin không bị ảnh hưởng bởi địa hình thiên nhiên như đồi núi, thành phố, sa mạc, đại dương Sóng vô tuyến chuyển tiếp qua vệ tinh là phương tiện thông tin tốt nhất cho các vùng nông thôn và các vùng chưa phát triển Thông tin vệ tinh có thể cung cấp các dụng vụ phổ thông cho cả thành phố, nông thôn cũng như miền núi và hải đảo(ví dụ truyền hình điện thoại dung lượng nhỏ) Thông tin vệ tin đẩy nhanh sự phát triển nền công nghiệp và các phương tiện sử lý số liệu ở nông thôn

+ Dịch vụ thông tin vệ tinh băng tần rộng và có thể truyền tới bất kỳ nơi nào trên thế giới để đưa đến việc tìm ra các thị trường mới cũng như mở rộng các thị trường dịch vụ hạ tầng các đường thông tin đã được sử dụng trên mặt đất Nhờ vệ tinh đã đẩy nhanh sự phát triển của các mạng truyền hình đặc biệt là truyền hình cáp, truyền hình trả tiền (pay TV), các nhóm ngôn ngữ và dân tộc (ethnic and language), các nhóm tôn giáo, thể thao và các tin tức về sum họp

Các dịch vụ mới Do khả năng đặc biệt của thông tin vệ tinh nên đã đưa ra các khái niệm mới cho lĩnh vực viễn thông Trước khi có thông tin vệ tinh (trước năm 1958), hầu hết các dung vụ viễn thông quốc tế đều sử dụng sóng ngắn phản xạ tầng điện ly Thông tin này không đáp ứng được các nhu cầu do chất lượng xấu, dung lượng thất, băng tần hẹp, ngay cả khi công nghệ của loại hình viễn thông này đạt tới mức giới hạn Một ví dụ trong trường hợp cấp cứu, Inmarsat là một dịch vụ vệ tinh mới, nó cung cấp tiếng, số liệu và hình ảnh tốc độ thấp di động cho tàu, thuyền, máy bay qua vệ tinh Hiện nay có thêm nhiều dịch vụ như: dịch vụ thoại, Fax, Telex cố định, phát thanh truyền hình quảng bá, dịch vụ thông tin di động qua vệ tinh,… Các dịch vụ cá nhân của khác hàng: Các trạm mặt đất nhỏ với anter kích thước bé

có thể truy nhập đến các cơ sở dữ liệu, các cơ quan bộ và các hệ thống quản lý thông tin Các trạm này có các thiết bị đầu cuối kích thước rất nhỏ, gọi là VSAT (very Small Aperture Terminals) Các đầu cuối này thường đặt tại nhà của khách

Trang 21

hàng hay các khu vực có các yêu cầu dịch vụ phổ thông với dung lượng nhỏ Với các dịch vụ như: truyền hình vệ tinh, dịch vụ thuê kênh riêng,…

Độ tin cậy và chất lượng thông tin cao: do tuyến thông tin chỉ có ba trạm (mặt đất –

vệ tinh – mặt đất), trong đó vệ tinh đóng vai trò như trạm lặp, còn hai trạm đầu cuối trên mặt đất nên xác suất hư hỏng trên tuyến rất thấp

Tính linh hoạt và hiệu quả kinh tế: hệ thống thông tin được thiết lập nhanh chóng trong điều kiện các trạm mặt đất cách xa nhau Đặc biệt hiệu quả kinh tế cao trong thông tin cự ly lớn, thông tin xuyên lục địa

- Nhược điểm:

Tuy nhiên trong thông tin vệ tinh cũng có những nhược điểm quan trọng đó là: + Không hoàn toàn cố định

+ Khoảng cách truyền dẫn xa nên suy hao lớp, ảnh hưởng của tạp âm lớn

+ Giá thành lắp đặt hệ thông rất cao, nên chi phí phóng vệ tinh tốn kém mà vẫn tồn tại xác suất rủi ro

+ Thời gian sử dụng hạn chế khó bảo dưỡng, sửa chữa và nâng cấp

Do đường đi của tín hiệu vô tuyến truyền qua vệ tinh khá dài (hơn 70.000 km đối với vệ tinh địa tĩnh) nên từ điểm phát đến điểm nhận sẽ có thời gian trễ đáng kể Người ta mong muốn vệ tinh có vai trò như là một cột anter cố định nhưng trong thực tế vệ tinh luôn có sự chuyển động tương đối đối với mặt đất, dù là vệ tinh địa tĩnh nhưng vẫn có sự dao động nhỏ Điều này trong hệ thống phải có trạm điều khiển nhằm giữ vệ tinh ở vị trí nhất định trong thông tin Thêm nữa do các vệ tinh bay trên quỹ đạo cách rất xa mặt đất cho nên việc truyền sóng giữa các trạm phải chịu sử tổn hao lớn, bị ánh hưởng các yếu tố thời tiết và phải đi qua nhiều loài môi trường khác nhau Để vẫn đảm bảo chất lượng của tuyến người ta phải sử dụng nhiều kỹ thuật bù và chống lỗi phức tạp

1.2 Kỹ thuật thông tin vệ tinh

1.2.1 Phóng vệ tinh, định vị và duy trì vệ tinh trên quỹ đạo

1.2.1.1 Phóng vệ tinh lên quỹ đạo địa tĩnh

Mỗi vệ tinh được đưa lên qũy đạo theo một trong hai cách sau: Dùng tên lửa đẩy nhiều tầng

Trang 22

+ Dùng phương tiên phóng nhiều lần: tàu con thoi

 Phương pháp phóng dựa trên qũy đạo Holmonn:

Hình 1.5: Sơ đồ qũy đạo Holmonn

- Giai đoạn 1: Dùng tên lửa đẩy nhiều tầng để đưa vệ tinh lên quỹ đạo LEO có

- Giai đoạn 3: Khi vệ tinh chuyển động qua viễn điểm của quỹ đạo Hohmonn thì

sử dụng động cơ đẩy viễn điểm đặt trong vệ tinh để đưa vệ tinh về quỹ đạo địa tĩnh

và về vị trí của nó

1.2.1.2 Duy trì vệ tinh trên quỹ đạo

Các công việc chính được thực hiện trong quá trình duy nhất trì vệ tinh trên quỹ đạo là:

- Các dao động của vệ tinh xung quanh vị trí quỹ đạo theo hướng Đông Tây, Nam Bắc phải được duy trì trong khoảng ± 0.050

- Tư thế vệ tinh phải được giám sát và hiệu chỉnh để bảo đảm anten vệ tinh luôn luôn hướng về các vùng mong muốn của trái đất

1.2.2 Cấu hình tổng quát của một hệ thống thông tin vệ tinh

Cấu hình tổng quát gồm: Vệ tinh địa tĩnh, trạm điều khiển, các trạm mặt đất

Trang 23

Hình 1.6: Hệ thống thông tin vệ tinh

1.2.2.1 Cấu trúc cơ bản của vệ tinh địa tĩnh

- Anten định hướng cho mặt đất, góc tỏa sóng của anten được chọn sao cho sóng bao trùm những vùng cần phủ trên mặt đất (cả nước hoặc cả vùng lục địa)

- Nguồn năng lượng cung cấp cho vệ tinh hoạt động chủ yếu là dùng pin mặt trời

Hình 1.7: Cấu trúc cơ bản của vệ tinh

Hình 1.8: Sơ đồ khối chức năng của vệ tinh

DownLink Antenna

DEMUX – Demultiplexing Network

Low Level TWT

Downconverte

r RECEIVER

Trạm mặt đất (A)

Uplink

Uplink Downlink

Downlink

Điều khiến Quỹ đạo

Trang 24

Đầu tiên anten nhận tín hiệu của tuyến lên, kế đến bộ lọc sẽ bỏ đi dãy tần số không mong muốn, bộ khuếch đại nâng công suất tín hiệu lên và tín hiệu được dịch xuống dãy tần phù hợp với dãy tần của tuyến xuống Tiếp theo bộ khuếch đại, mạng lưới phân kênh tách các kênh riêng lẻ để xử lý như : cân bằng, khuếch đại, lọc… tất

cả các kênh sau đó được kết hợp lại và truyền xuống

Để thực hiện các chức năng trên, vệ tinh hoạt động như một trạm chuyển tiếp đơn giải Thay đổi tần số trên vệ tinh được thực hiện bằng các bộ đổi tần

1.2.2.2 Trạm điều khiển vệ tinh

Thiết bị ở trung tâm điều khiển được chia thành 2 phần:

- Thứ nhất là nhóm thiết bị ăng-ten: Bao gồm các thiết bị để thực hiện đưa các lệnh điều khiển và thu thập các tín hiệu từ vệ tinh

Nhiệm vụ của anten là thu những tín hiệu liên quan đến dữ liệu về tình trạng hoạt động, từ hướng đi cho đến các thông số cảm biến bên trong do vệ tinh gửi về Sau khi dữ liệu được đưa vào phân tích, xử lý, những lệnh điều khiển cần thiết cũng

đi qua antenna này để phát lên vệ tinh

- Phần thứ hai là phần thiết bị trong nhà, chủ yếu là máy tính để xử lý thông tin nhận được từ vệ tinh và đưa các lệnh xử lý cần thiết

Nhiệm vụ xử lý những thông tin mà chiếc antenna gửi về do một hệ thống máy tính đảm nhiệm, gồm máy chủ, hệ thống máy trạm, thiết bị bảo mật và phần mềm chuyên dụng đều được nhà thầu lắp đặt và cung cấp tổng thể Theo quy trình, những tín hiệu từ vệ tinh sẽ được các chuyên gia của Trung tâm theo dõi và xử lý liên tục 24/24 Trong trường hợp hoạt động ổn định, thì việc điều chỉnh vệ tinh trở về vị trí chính xác được tiến hành định kỳ mỗi tuần một lần Toàn bộ quy trình điều hướng module, lái hướng pin mặt trời, trên vệ tinh đều xuất phát từ trung tâm này

Ngoài các nhiệm vụ của trạm điều khiển như: điều khiển vệ tinh bay đúng quỹ đạo, đúng vị trí tọa độ đã quy định (± 0.050 so với vị trí chuẩn ban đầu), theo dõi hoạt động của các thiết bị vệ tinh,… Trạm điều khiển còn có nhiệm vụ quản lý và khai thác các dịch vụ vệ tinh như: quản lý về tần số của các dịch vụ tránh trường hợp gây can nhiễn về tần số, chia băng tần và dung lương hợp lý nhằm sử dụng công suất của toàn bộ phát đáp có hiệu quả, bảo mật thông tin,…

Trang 25

Hệ thống anten được đấu nối trực tiếp với bộ khuếch đại tạp âm thấp LNA và bộ khuếch đại công suất lớn HPA bằng hệ thống ống dẫn sóng Để ngăn cách giữa tín hiệu công suất phát và tín hiệu thu về không lẫn sang nhau (vì dùng chung antenna) người ta dùng bộ lọc thu phát siêu cao ( Diplexer )

- Hệ thống thu tín hiệu:

Tín hiệu SHF thu từ antenna được khuếch đại lên nhờ LNA, sau đó qua bộ chia cao tần rồi vào bộ biến đổi xuống (Down Converter) để đổi từ tần số RF xuống trung tần IF, kế đến qua bộ giải điều chế để thu lại tín hiệu băng tần cơ bản ( Base Band ) Tín hiệu sẽ được xử lý như giải nén, sửa lỗi ( Redundancy ), giải nhấn (De-emphasis), triệt tiếng dội (Echo-Cancellation) sau đó các tín hiệu thoại hay truyền hình được phân kênh để có thể truy xuất dễ dàng theo các tần số sóng mang chuẩn Thu các sóng mang trên đường xuống của vệ tinh ở tần số chọn trước, xử lý tín hiệu này trong trạm để chuyển thành các tín hiệu băng gốc sau đó cung cấp cho các mạng mặt đất hoặc trực tiếp tới các thiết bị đầu cuối của người sử dụng

High Power Amplifie

down Converter

Trang 26

công suất lớn truyền qua Diplexer, Feeder và bức xạ ra antenna.Ngoài ra còn có hệ thống bám vệ tinh (Tracking), hệ thống giám sát, cấp nguồn

Các thiết bị điện tử trong trạm đều bắt buộc làm việc trong môi trường thích hợp, đó

là nhiệt độ 200C với độ ẩm 70% để đảm bảo an toàn, duy trì tuổi thọ cũng như chất lượng thông tin

Một trạm mặt đất có thể có khả năng thu và phát lưu lượng một cách đồng thời hoặc trạm chỉ phát hoặc chỉ thu

1.3 Phương pháp đa truy nhập

Thông tin vệ tinh là một hệ thống thông tin vô tuyến điểm đến đa điểm, nghĩa là một vệ tinh có thể thông tin với nhiều trạm mặt đất, vì vậy phải sử dụng phương pháp đa truy nhập để tiết kiện tài nguyên

Trong thực tế, một bộ phát đáp có thể phục vụ cùng một lúc nhiều trạm mặt đất khác nhau Kỹ thuật đa truy nhập là kỹ thuật các trạm mặt đất truy nhập bộ phát đáp

vệ tinh, với yêu cầu sóng vô tuyến điện từ các trạm mặt đất riêng lẻ không can nhiễu với nhau

1.3.1 Đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA)

Đây là phương pháp sử dụng rộng rãi nhất Trong hệ thống này mỗi trạm mặt đất

có dùng riêng một tần số phát không trùng với các trạm khác sao cho khoảng cách tần số giữa các trạm không bị chồng lấn lên nhau FDMA có thể sử dụng cho tất cả các hệ thống điều chế (điều chế số cũng tương tự)

Các trạm thu muốn thu được tin tức phải dùng các bộ lọc dải tương ứng với tần

số cần thu

Phương pháp này cho phép các trạm truyền dẫn liên tục mà không cần điều khiển định thời đồng bộ, thiết bị sử dụng khá đơn giản

Nhận xét: phương pháp này thiếu tính linh hoạt trong việc thay đổi cách phân

phối kênh do: các kênh truyền dẫn được phân chia theo tần số quy định, khi muốn tăng số kênh bắt buộc phải giảm nhỏ băng thông nghĩa là thay đổi các bộ lọc dải đối với trạm thu Đồng thời phương pháp này tốn kém kênh truyền

Trang 27

Hình 1.10: Băng thông sóng mang truyền dẫn theo kỹ thuật truy nhập FDMA

1.3.2 Đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA)

Hình 1.11: Băng thông sóng mang truyền dẫn theo kỹ thuật truy nhập TDMA

Là một hệ thống các trạm thu mặt đất dùng chung một bộ phát đáp trên cơ sở phân chia theo thời gian Trước hết phải sử dụng một sóng mang điều chế số Hệ thống này thường định ra một khung thời gian gọi là khung TDMA Khung thời gian này sẽ chia ra làm nhiều khoảng tương ứng mỗi trạm mặt đất

Mỗi trạm phát sóng theo khe thời gian của khung quy định Đồng thời giữa các khe thời gian cần một khoảng thời gian trống để tín hiệu các trạm không chồng nhau về thời gian tại trạm phát đáp

Tương tự tại các trạm thu mặt đất, để lấy được tin tức cần được xác định đúng khe thời gian để lấy sóng mang của chính nó

Đây là phương pháp có thể sử dụng tốt nhất công suất của vệ tinh Nó có thể thay đổi số khe cũng như độ rộng của khe thời gian trong khung mà không ảnh hưởng gì tới các thiết bị phần cứng

Một khe

Từ trạm chuẩn Thời gian bảo vệ

Một khung

Trang 28

1.3.3 Đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA)

Hình 1.12: Băng thông sóng mang truyền dẫn theo kỹ thuật truy nhập CDMA

Kỹ thuật trải phổ được ứng dụng nhiều trong các hệ thống thông tin vô tuyến quân sự và được đưa vào thông tin vệ tinh trong những năm gần đây Kỹ thuật CDMA đã được ứng dụng nhiều trong các hệ thống thông tin di động mặt đất và hệ thống vệ tinh tầm thấp Trong CDMA, sóng mang của trạm VSAT đầu cuối được nhân với một bộ mã và trải phổ ra trên toàn bộ băng tần sử dụng chung với các trạm đầu cuối khác Mỗi trạm được cấp một mã trải phổ khác nhau mà không bị khôi phục lại ở các trạm đầu cuối khác Tại đầu thu ở HUB, tín hiệu của từng trạm được tách bằng cách sử dụng/nhân với bộ mã trải phổ tương ứng Với cơ chế này ở đầu thu tín hiệu mong muốn được khôi phục lại; tín hiệu các kênh khác và nhiễu tạp lại

bị trải phổ ra trên toàn băng và có mức ngưỡng thấp hơn tín hiệu mong muốn Trong thông tin địa tĩnh, tuyến phát từ HUB cho các trạm VSAT CDMA vẫn áp dụng phương thức phát trên một sóng mang duy nhất cho toàn mạng Để tránh gây nhiễu các vệ tinh gần kề, cần có băng thông đủ rộng để trải phổ công suất tuyến phát trạm VSAT mặt đất

Nếu hệ thống CDMA có nhiều trạm cùng truy nhập trên một băng tần thì tổng mức tín hiệu các kênh khác cộng dồn cũng tạo ra mức nhiễu nền đáng kể so với tín hiệu được khôi phục Ngoài ra cần có sự kiểm soát và điều khiển công suất phát của các trạm đầu cuối để vẫn đảm bảo chất lượng thông tin nhưng không quá cao có thể gây nhiễu cho các trạm đầu cuối khác Do vậy áp dụng CDMA cũng hạn chế số lượng trạm cùng truy nhập trong một dải tần số và hiệu quả sử dụng băng thông không cao khi so sánh với kỹ thuật TDMA

Kỹ thuật CDMA có ưu điểm là có thể ứng dụng trong các trạm mặt đất TTVT

Trang 29

cơ động liên tục với ăng ten rất nhỏ và không cần bám chính xác vệ tinh Tín hiệu phát của trạm cơ động được trải ra trên đoạn băng tần lớn và có mức công suất phát chỉ tương đương mức nhiễu nền nên ít gây ảnh hưởng đến các vệ tinh lân cận, cho

dù búp sóng của trạm bao trùm các vệ tinh này

CDMA là kỹ thuật truy nhập mới và tốt nhất hiện nay, nhưng chưa được sử dụng rộng rãi trong thông tin vệ tinh địa tĩnh

1.4 Các loại dịch vụ trong thông tin vệ tinh

Hình 1.13: Các dịch vụ qua vệ tinh

Dựa vào đặc điểm của vệ tinh thông tin là có khả năng phát quảng bá trên một vùng địa lý rộng lớn, thông tin vệ tinh đã được sử để thành lập các tuyến thông tin điểm nối điểm và điểm đa điểm Trên cơ sở các tuyến thông tin trên, thông tin vệ tin được sử dụng để cung cấp các dịch vụ cố định và di động Một số dịch vụ sau:

- Dich vụ điện thoại đường dài: Cung cấp các tuyến đường trục mà mạng mặt đất chưa triển khai tới hoặc các mạng mặt đất quá tải trong giờ cao điểm và làm tuyến dự phòng cho cho tuyến đường trục mặt đất khi có sự cố

- Dịch vụ viễn thông nông thôn: Cung cấp các dịc vụ viễn thông như thoại, fax cho các cùng xa xôi hẻo lánh, các vùng hải đảo những nơi mà mạng mặt đất chưa tới hoặc xây dựng không kinh tế

- Mạng dùng riêng: Cung cấp các dịc vụ viễn thông như thoại, fax, truyền số liệu cho các cơ quan nhà nước, các công ty cần đường truyền có độ sẳn sàng cao

vệ tinh

Trang 30

- Dịch vụ lưu động: Cung cấp các dịch vụ truyền số liệu với tốc độ thấp giữa các đài di động như xe tải, tàu biển … với trung tâm điều hành các đài di động

- Chuyển tiếp chương trình truyền hình và phát thanh: Cung cấp đường truyền giữa các trạm HUB của trung tâm truyền hình đến các trạm phát chuyển tiếp đặt tại

vị trí cách xa trung tâm

- Truyền hình trực tiếp: Cung cấp các kênh truyền hình mà người xem có thể thu trực tiếp chương tình từ vệ tinh bằng một anten thu có đường kính 60 cm Dịch vụ này khách hàng trả tiền cước phí hàng tháng tùy thuộc vào số kênh

- Dich vụ băng tần theo yêu cầu: Cung cấp các dịch vụ theo yêu cầu của khách hàng như truyền số liệu tốc độ cao có giao tiếp hoặc không có giao tiếp Dịch vụ này khách hàng trả tiền theo số lần truyền

- Dịch vụ Internet qua vệ tinh: Cung cấp đường truyền dữ liệu tốc độ cao từ nhà cung cấp dịch vụ Internet (IPS) đến các thuê bao dịch vụ

- Dịch vụ chuẩn đoán bệnh từ xa: Cung cấp các dịch vụ tư vấn y tế cho các bệnh viện ở xa trung tâm y tế và giữa các trung tâm y tế với nhau

- Dịch vụ đạo tạo từ xa: Cung cấp dịch vụ đào tạo từ xa cho các trung tâm đào tạo

Trang 31

1.5 Kết luận chương

Vệ tinh được đưa vào sử dụng rất sớm, có thể nói vệ tinh là một ngành khoa học

kỹ thuật đòi hỏi trình độ cao và cần có kinh nghiệm thực tiễn Cho đến nay hệ thống

vệ tinh trên thế giới tương đối hoàn thiện, với nhiều mô hình khác nhau như: vệ tinh toàn cần (GPS), vệ tinh giám sát, vệ tinh địa tĩnh,… trong đó vệ tinh địa tĩnh dùng

để truyền dẫn thông tin là phổ biến nhất Với ưu điểm và sự tiện lợi của việc truyền dẫn thông tin qua vệ tinh, dẫn đến số lượng vệ tinh trên toàn Thế giới tăng nhanh, làm cho tài nguyên vị trí và tần số ngày càng bị co hẹp Do đó buộc phải ứng dụng

kỹ thuật truyền dẫn mới và sử dụng ở tần số cao hơn, mới có thể áp ứng được nhu cần tăng nhanh về lượng thông tin

Trong thông tin vệ tinh môi trường truyền dẫn là không khí (nhiều tần có cấu tạo khác nhau), cự ly thông tin khá dài nên vấn đề suy hao trên đường truyền là rất lớn Hơn nữa thông tin cần bảo mật cao Những vấn đề này được làm rõ ở chương tiếp theo

Trang 32

Chương 2: VỆ TINH ĐỊA TĨNH VÀ KỸ THUẬT TRẠM MẶT ĐẤT

2.1 Giới thiệu chung

2.1.1 Quá trình phát triển của thông tin vệ tinh địa tĩnh

Năm 1963 vệ tinh địa tĩnh đầu tiên SYNCOM được phóng lên quỹ đạo

Trong năm 1965, vệ tinh địa tĩnh thương mại đầu tiên INTELSAT-1 (hay Early Bird) được đưa lên quỹ đạo Các hệ thống vệ tinh đầu tiên chỉ có khả năng cung cấp một dung lượng thấp với giá thuê bao tương đối cao

Đặc điểm nổi bật nhất là tính đa dạng của các dịch vụ mà các hệ thống thông tin

vệ tinh cung cấp Lúc đầu, các hệ thống này được thiết kế để thực hiện truyền thông

từ một điểm đến một điểm khác, như đối với các mạng cáp và diện bao phủ rộng của vệ tinh đã được lợi dụng để thiết lập các tuyến thông tin vô tuyến cự ly xa Kích thước và công suất của các vệ tinh càng tăng lên thì càng cho phép giảm kích thước của trạm mặt đất và do vậy giảm giá thành của chúng, đồng thời tăng số lượng các trạm mặt đất Bằng cách này, có thể khai thác một tính năng khác của vệ tinh, đó là khả năng thu thập và phát quảng bá các tín hiệu từ hoặc tới một số điểm Thay vì phát các tín hiệu từ điểm này tới điểm khác, bây giờ có thể phát từ một máy phát duy nhất tới rất nhiều các máy thu trong một vùng rộng lớn, hoặc ngược lại, có thể phát từ nhiều trạm tới một trạm trung tâm duy nhất được gọi là một HUB Nhờ đó

mà các mạng truyền số liệu đa điểm, các mạng phát quảng bá qua vệ tinh và các mạng thu thập dữ liệu đã được khai thác Có thể phát quảng bá hoặc tới các máy phát chuyển tiếp (hoặc các trạm đầu cáp) hoặc trực tiếp tới khách hàng cá nhân (trường hợp này được gọi là phát quảng bá trực tiếp qua các hệ thống truyền hình qua vệ tinh) Các mạng này hoạt động với các trạm mặt đất nhỏ có đường kính anten từ 0.6m đến 3.5m

Trang 33

2.1.2 Hoạt động của thông tin vệ tinh địa tĩnh

Hình 2.1: Cấu hình hệ thống thông tin vệ tinh địa tĩnh

Hoạt động của hệ thống thông tin vệ tinh có thể được tóm tắt: Tại đầu phát

trạm mặt đất, tín hiệu băng tần cơ bản BB (BaseBand) như: tín hiệu thoại, video, telex, fax… được điều chế lên thành trung tần IF (Intermediate Frequency) sau đó được đổi lên thành cao tần RF (Radio Frequency) nhờ bộ đổi tần tuyến lên U/C (Up Coverter), rồi được bộ khuếch đại công suất HPA (High Power Amplifier) khuếch đại lên mức công suất cao và đưa ra anten phát lên vệ tinh

Tín hiệu cao tần từ trạm mặt đất phát truyền dẫn qua không gian tự do tới anten thu của vệ tinh đi vào bộ khuếch đại, sau đó được đổi tần, khuếch đại công suất rồi phát xuống trạm mặt đất thu qua anten phát

Tại trạm thu mặt đất, sóng phát từ vệ tinh truyền dẫn qua không gian tự do tới anten thu rồi đưa qua bộ khuếch đại tạp âm thấp LNA (Low Noise Amplifier), tần

số siêu cao RF được biến đổi thành trung tần IF nhờ bộ đổi tần xuống D/C (Down Converter), sau đó đưa sang bộ giải điều chế DEM (Demodulator) để phục hồi lại tín hiệu như lối vào trạm mặt đất

Đặc điểm của thông tin vệ tinh địa tĩnh: Nói tới thông tin vệ tinh, có 3 ưu điểm nổi bật của nó so với các hệ thống thông tin khác là:

- Tính quảng bá rộng lớn cho mọi loại địa hình

- Có dải thông rộng

- Nhanh chóng dễ dàng cấu hình lại khi cần thiết

Đối với hệ thống thông tin vô tuyến mặt đất nếu hai trạm muốn thông tin cho nhau thì các anten của chúng phải nhìn thấy nhau, đó gọi là thông tin vô tuyến trong

Trang 34

tầm nhìn thẳng Tuy nhiên do Trái Đất có dạng hình cầu nên khoảng cách giữa hai trạm sẽ bị hạn chế để đảm bảo điều kiện cho các anten còn trông thấy nhau Đối với khả năng quảng bá cũng vậy, các khu vực trên mặt đất không nhìn thấy anten của đài phát sẽ không thu được tín hiệu nữa Trong trường hợp bắt buộc phải truyền tin

đi xa, người ta có thể dùng phương pháp nâng cao cột anten, truyền sóng phản xạ tầng điện ly hoặc xây dựng các trạm chuyển tiếp Trên thực tế thì cả ba phương pháp trên đều có nhiều nhược điểm Việc nâng độ cao của cột anten gặp rất nhiều khó khăn về kinh tế và kỹ thuật mà hiệu quả thì không được bao nhiêu

Tóm lại, để có thể truyền tin đi xa người ta mong muốn xây dựng được các anten rất cao nhưng lại phải ổn định và vững chắc Sự ra đời của vệ tinh chính là để thoả mãn nhu cầu đó, với vệ tinh người ta có thể truyền sóng đi rất xa và dễ dàng thông tin trên toàn cầu hơn bất cứ một hệ thống thông tin nào khác Thông qua vệ tinh INTELSAT, lần đầu tiên hai trạm đối diện trên hai bờ Đại Tây Dương đã liên lạc được với nhau Do khả năng phủ sóng rộng lớn nên vệ tinh rất thích hợp cho các phương thức truyền tin đa điểm đến đa điểm, điểm đến đa điểm (cho dịch vụ quảng bá) hay đa điểm đến một điểm trung tâm HUB (cho dịch vụ thu thập số liệu)

Bên cạnh khả năng phủ sóng rộng lớn, băng tần rộng của hệ thống vệ tinh rất thích hợp với các dịch vụ quảng bá hiện tại như truyền hình số phân giải cao HDTV (High Definition Television), phát thanh số hay dịch vụ ISDN thông qua một mạng mặt đất hoặc trực tiếp đến thuê bao DTH (Direct To Home) thông qua trạm VSAT (Very Small Aperture Terminal) Cuối cùng do sử dụng phương tiện truyền dẫn qua giao diện vô tuyến cho nên hệ thống thông tin vệ tinh là rất thích hợp cho khả năng cấu hình lại nếu cần thiết Các công việc triển khai mạng mới, loại bỏ các trạm cũ hoặc thay đổi tuyến đều có thể thực hiện dễ dàng, nhanh chóng với chi phí thực hiện tối thiểu Tuy nhiên vệ tinh cũng có những nhược điểm quan trọng đó là:

- Không hoàn toàn cố định

- Khoảng cách truyền dẫn xa nên suy hao lớn, ảnh hưởng của tạp âm lớn

- Giá thành lắp đặt hệ thống rất cao, nên chi phí phóng vệ tinh tốn kém mà vẫn còn tồn tại xác suất rủi ro

- Thời gian sử dụng hạn chế, khó bảo dưỡng, sửa chữa và nâng cấp

Trang 35

- Do đường đi của tín hiệu vô tuyến truyền qua vệ tinh khá dài (hơn 70.000 km đối với vệ tinh địa tĩnh) nên từ điểm phát đến điểm nhận sẽ có thời gian trễ đáng kể Người ta mong muốn vệ tinh có vai trò như là một cột anten cố định nhưng trong thực tế vệ tinh luôn có sự chuyển động tương đối đối với mặt đất, dù là vệ tinh địa tĩnh nhưng vẫn có một sự dao động nhỏ Điều này buộc trong hệ thống phải có các trạm điều khiển nhằm giữ vệ tinh ở một vị trí nhất định cho thông tin Thêm nữa do các vệ tinh bay trên quỹ đạo cách rất xa mặt đất cho nên việc truyền sóng giữa các trạm phải chịu sự suy hao lớn, bị ảnh hưởng của các yếu tố thời tiết và phải đi qua nhiều loại môi trường khác nhau Để vẫn đảm bảo được chất lượng của tuyến người ta phải sử dụng nhiều kỹ thuật bù và chống lỗi phức tạp

2.2 Vệ tinh thông tin địa tĩnh

2.2.1 Cấu trúc hệ thống thông tin vệ tinh địa tĩnh

2.2.1.1 Phân đoạn không gian

Vệ tinh thực chất là một trạm phát lặp tích cực trên tuyến thông tin siêu cao tần: trạm mặt đất phát - vệ tinh thông tin - trạm mặt đất thu, cấu trúc gồm 2 phần chính:

- Tải hữu ích (Payload):

Tải hữu ích hay còn gọi là tải thông tin là một bộ phận cơ bản của vệ tinh thông tin, đảm nhiệm vai trò phát lặp của một vệ tinh thông tin và thực hiện chức năng:

 Thu tín hiệu từ các trạm mặt đất cho phát lên trong dải tần và phân cực đã định

 Khuếch đại tín hiệu đã thu từ trạm mặt đất phát và giảm mức nhiễu tín hiệu tối đa

 Đổi dải tần tuyến lên thành dải tần tuyến xuống

 Cấp tín hiệu với mức công suất yêu cầu trong dải tần đã định ra anten phát

 Truyền tín hiệu cao tần trong dải tần và phân cực đã định đến anten của trạm mặt đất thu

 Đảm bảo thu và phát các kênh sóng trong dải tần và phân cực đã định

 Đảm bảo công suất bức xạ đẳng hướng tương đương EIRP trên các vùng phủ sóng của vệ tinh

Trang 36

 Đảm bảo mật độ tin cậy của kênh truyền trong suốt thời gian sống của vệ tinh Tải hữu ích trên một vệ tinh gồm: bộ phát đáp và các anten để thu tín hiệu

+ Bộ phát đáp:

Bộ phát đáp là một thiết bị quan trọng nhất của một vệ tinh thông tin, nó thực hiện chức năng chính thu sóng vô tuyến từ trạm mặt đất phát từ tuyến lên, sau đó khuếch đại và đổi tần tín hiệu rồi phát lại xuống trạm mặt đất thu trên tuyến xuống

Hình 2.2: Sơ đồ cấu tạo bộ phát đáp

Bộ phát đáp của vệ tinh thông tin bảo đảm một số các chức năng như một bộ phát đáp tích cực trên mặt đất: tín hiệu từ trạm mặt đất tới (tuyến lên) đi qua anten vào máy thu (gồm một bộ khuếch đại tạp âm thấp LNA, bộ dao động nội LO, bộ khuếch đại công suất cao HPA) tới bộ phân kênh đầu vào IMUX, qua bộ tiền khuếch đại DRIVER để đến bộ khuếch đại công suất cao HPA (dùng đèn sóng chạy TWT hoặc Transistor trường) rồi đến bộ ghép kênh đầu ra OMUX và ra anten phát xuống đất (tuyến xuống)

+ Thiết bị thu băng rộng:

Thiết bị thu băng rộng thực hiện chức năng khuếch đại tín hiệu và đổi tần số tuyến lên thành tần số tuyến xuống Yêu cầu đặc tuyến nhiễu phải đạt sao cho tỷ số sóng mang trên tạp âm phải tốt nhất cho tuyến lên Hệ thống thu băng rộng thường đạt hệ số khuếch đại 50 ÷ 60dB đủ để bù lại suy hao trong bộ lọc và đổi tần

Bộ thu băng rộng

Tách kênh

Tách kênh Amp (HPA)

Coupler

Trang 37

Hình 2.3: Sơ đồ bộ thu băng rộng

Do yêu cầu độ tin cậy cao nên hệ thống thu băng rộng có một bộ làm việc và một

bộ dự phòng, khi có sự cố sẽ tự động chuyển mạch sang bộ dự phòng

Đầu vào bộ thu tín hiệu băng rộng là bộ khuếch đại tạp âm thấp LNA Bộ khuếch đại này làm việc ở đoạn tuyến tính của đặc tuyến công tác, có tạp âm thấp khi khuếch đại sóng mang Tín hiệu sóng mang đã được khuếch đại ở LNA sẽ đi vào bộ trộn tần và được đổi tần nhờ bộ dao động nội LO Bộ đổi tần được thiết kế sao cho khi đổi tần số sóng mang thu được từ mặt đất phát lên và tần số phát xuống mặt đất với mức tổn hao nhỏ cỡ -5 ÷ -6dB

Thông thường vệ tinh thực hiện dịch 2225MHz giữa tần số thu được từ tuyến lên

và tần số phát xuống mặt đất Bộ dao động nội phát ra tần số 2225MHz có độ ổn định cao, công suất từ bộ dao động nội tới đầu vào bộ trộn cỡ 10dB bằng kỹ thuật nhân tần và mạch vòng khoá pha Bộ dao động nội được ổn nhiệt rất cao để đảm bảo độ ổn định yêu cầu

+ Anten trên vệ tinh thông tin:

Anten trên vệ tinh thông tin thực hiện chức năng nhận tín hiệu cao tần truyền lên từ các trạm mặt đất phát và phát tín hiệu cao tần xuống trạm mặt đất thu Tuỳ theo chức năng vệ tinh có các loại anten sau:

 Anten dùng để đo xa và điều khiển từ xa, thường ở băng tần VHF

 Anten siêu cao tần dùng cho hệ thống thông tin qua vệ tinh

Các vệ tinh địa tĩnh thường dùng loại anten phát tia bao trùm (Global Beam) có

độ rộng tại mức suy hao 3 dB là 170 ÷ 180 Anten búp sóng nhọn chừng vài độ dùng

để phủ sóng một vùng hẹp nhất định gọi là Spot Beam, loại này đảm bảo công suất

AMP

AMP LNA

LNA

Trang 38

không thay đổi trong vùng bao phủ Đối với vùng phủ toàn cầu sử dụng anten vòi phun ở dải tần 6/4 GHz Các vòi phun này bức xạ trực tiếp tới bề mặt Trái Đất mà không cần mặt phản xạ

Để điều khiển hình dáng vùng phủ trên mặt đất và công suất phát ra theo ý muốn các anten trên vệ tinh được trang bị đầu thu phát sóng và kết cấu bề mặt phản xạ Cũng có thể sử dụng anten mặt phản xạ có nhiều vòi phun ở tiêu điểm để tạo ra những búp sóng rời rạc trên vùng bao phủ

- Phần thân (Bus):

Phần thân không tham gia trực tiếp vào quá trình phát lặp của hệ thống thông tin vệ tinh Nhưng nó đảm bảo các điều kiện yêu cầu cho tải hữu ích thực hiện chức năng của một trạm phát lặp Phần thân có các hệ con:

+ Ổn định vị trí vệ tinh:

Vệ tinh địa tĩnh cần được duy trì vị trí đúng khe quỹ đạo Vệ tinh địa tĩnh trên quỹ đạo thường bị xê dịch do những nguyên nhân: đường xích đạo của Trái Đất không phải là tròn lý tưởng, tác động trọng trường của mặt trời - mặt trăng … do vậy phải dùng các động cơ phản lực để đưa vệ tinh trở lại đúng vị trí Thông thường dung sai cho phép là 0.050 theo hướng Bắc – Nam và 0.050 theo hướng Đông – Tây

Để xác định sự sai lệch vị trí vệ tinh dùng các anten bám sát tại các trạm mặt đất Khi có sự sai lệch vị trí các trạm điều khiển ở mặt đất (TT&C) sẽ đưa lệnh điều khiển lên vệ tinh điều khiển các tên lửa đẩy trên vệ tinh đưa nó về đúng vị trí

+ Hệ giám sát, đo xa và điều khiển (TT&C):

Hệ TT&C rất cần thiết cho sự vận hành có hiệu quả của vệ tinh thông tin, nó là một phần trong nhiệm vụ quản lý vệ tinh Nó thực hiện các chức năng chính sau:

 Cung cấp các thông tin kiểm tra các phân hệ (hay còn gọi là các hệ con) trên vệ tinh cho trạm điều khiển mặt đất

 Nhận lệnh điều khiển vị trí và tư thế của trạm điều khiển ở mặt đất

 Giúp trạm điều khiển ở mặt đất theo dõi tình trạng thiết bị trên vệ tinh

Trang 39

+ Hệ cung cấp điện năng:

Nguồn điện dùng để cung cấp cho các thiết bị trên vệ tinh được lấy chủ yếu từ các tế bào pin mặt trời Pin mặt trời có thể làm bằng Si hoặc GaAs Có 2 dạng pin mặt trời:

 Pin mặt trời dạng hình trụ, thường sử dụng cho các vệ tinh ổn định trạng thái bằng phương pháp trục quay

 Pin mặt trời dạng cánh mỏng (gọi là cánh pin mặt trời) thường dùng cho vệ tinh ổn định bằng phương pháp 3 trục

Công suất của pin cung cấp phụ thuộc vào cường độ ánh sang chiếu vào, nó đạt công suất cực đại khi tia sáng mặt trời chiếu tới vuông góc với mặt pin, khi các tia sáng đi song song với mặt cánh pin thì công suất bằng không Để các cánh pin luôn hướng về phía mặt trời đảm bảo cung cấp năng lượng cho các thiết bị thì phải dùng các mô tơ điều khiển tư thế

+ Hệ thống điều hoà nhiệt:

Nhiệm vụ của hệ điều hoà nhiệt là luôn duy trì cho các thiết bị trên vệ tinh được làm việc trong dải nhiệt độ thích hợp, ổn định Người ta khống chế nhiệt độ các phần khác nhau trên vệ tinh bằng cách cho trao đổi nhiệt giữa các điểm có nhiệt độ khác nhau (sử dụng ống dẫn khí hoặc chất lỏng để dẫn nhiệt tới các bộ toả nhiệt) hoặc tăng nhiệt (sử dụng các bộ nung) hoặc sử dụng các bề mặt có tính quang nhiệt (dễ phản xạ nhiệt hoặc hấp thụ nhiệt)

2.2.1.2 Phân đoạn mặt đất

Hình 2.4: Cấu hình trạm mặt đất

Trang 40

Phân đoạn mặt đất bao gồm toàn bộ hệ thống trạm thu – phát mặt đất Khi muốn thiết lập đường liên lạc với 2 điểm trực tiếp với nhau trên Trái Đất thông qua trạm chuyển tiếp vệ tinh thông tin người ta phải thiết lập 2 trạm trên mặt đất Do đó có tên gọi là trạm mặt đất thông tin vệ tinh SES (Satellite Earth Station) làm chức năng phát tín hiệu lên vệ tinh và thu tín hiệu từ vệ tinh về - thực hiện kết nối vệ tinh thông tin với các mạng vệ tinh mặt đất Các trạm này thường nối với các mạng thông tin nội địa mặt đất để cung cấp các dịch vụ cho người sử dụng hoặc có thể trực tiếp cung cấp các dịch vụ cho người sử dụng

Một trạm mặt đất bao gồm: thiết bị thông tin, thiết bị truyền dẫn mặt đất, thiết bị cung cấp nguồn và hệ thống TT&C vệ tinh Thiết bị thông tin trong trạm mặt đất như: anten, thiết bị thu và phát sóng siêu cao tần, các bộ biến đổi tần tuyến lên và tuyến xuống, hệ thống xử lý tín hiệu, hệ thống thiết bị băng tần cơ bản, hệ thống bám vệ tinh,…

2.2.1.3 Hệ thống cung cấp nguồn và điều hoà nhiệt

Để đảm bảo cho liên lạc không bị gián đoạn do các sự cố nguồn gây ra, trạm mặt đất phải được cung cấp bằng nguồn điện không bao giờ bị ngắt UPS (Uninterupted Power Supply) UPS cung cấp nguồn với độ ổn định cho phép, đủ công suất cho toàn bộ các thiết bị trong trạm

Để đảm bảo các yêu cầu trên, bộ nguồn UPS phải được dự phòng và bản thân

nó là một thiết bị có thể điều khiển được về mọi mặt Khi mất điện lưới thì nguồn ắcquy được rung lên rồi ổn định và cấp nguồn cho hệ thống

Các thiết bị điện tử trong trạm đều bắt buộc làm việc trong điều kiện môi trường tốt đó là nhiệt độ 200C với độ ẩm dưới 45% để đảm bảo an toàn, duy trì tuổi thọ cũng như chất lượng thông tin

2.3 Kỹ thuật trạm mặt đất

2.3.1 Hệ thống anten

2.3.1.1 Đặc tính, yêu cầu của anten trạm mặt đất

Để thu được những sóng yếu đến từ vệ tinh và có thể phát đi các sóng có công suất đủ mạnh lên vệ tinh, anten cần có một số đặc tính sau: