Sơ lược về lịch sử phát triển
Vào tháng 10 năm 1957, Liên Bang Xô Viết đã trở thành quốc gia đầu tiên phóng thành công vệ tinh nhân tạo Sputnik, đánh dấu sự khởi đầu của một kỷ nguyên mới trong việc sử dụng không gian vũ trụ phục vụ cho nhân loại.
- 14/8/2008: VINASAT1 là vệ tinh viễn thông địa tĩnh đầu tiên của Việt Nam được phóng VINASAT2 được phóng vào ngày 16/5/2012.
Đặc điểm của TTVT (ưu, nhược điểm)
- Ưu điểm : + Phủ sóng rất rộng, khoảng 40% bề mặt TĐ.
+ Truyền tín hiệu trên toàn Trái Đất
- Nhược điểm : + Giới hạn quỹ đạo (VD: quỹ đạo địa tĩnh).
+ Trễ lớn, suy hao truyền sóng lớn.
Quỹ đạo vệ tinh
Một số khái niệm và thuật ngữ cơ bản
- Quỹ đạo của vệ tinh: là hành trình trong không gian mà vệ tinh bay hết một vòng xung quanh Trái Đất
- Chu kỳ bay: là thời gian mà vệ tinh bay hết một vòng xung quanh Trái Đất.
- Mặt phẳng quỹ đạo: mặt phẳng chứa quỹ đạo của vệ tinh
- Góc ngẩng (Elevation): Là góc giữa đường nối từ Vệ tinh đến trạm mặt đất và hình chiếu của nó trên mp tiếp tuyến.
- Góc phương vị (Azimuth): góc hợp bởi hình chiếu của vệ tinh trên mặt phẳng nằm ngang và đường hướng lên cực Bắc Trái Đất.
Cơ sở xây dựng quỹ đạo vệ tinh
- Dựa vào 3 định luật Newton và 3 định luật Kepler.
2.1 Ba định luật Newton a) Định luật Newton thứ 1: “Mọi vật vẫn giữ nguyên trạng thái nghỉ và chuyển động thẳng đều nếu không có lực nào tác động hoặc F = 0
∑ F =0 b) Định luật Newton thứ 2: “Đạo hàm của động lượng của chất điểm theo thời gian tỉ lệ với lực tác dụng.”
Theo định luật Newton thứ 3, khi vật A tác dụng lên vật B một lực, vật B cũng sẽ tác dụng lại lên vật A một lực tương đương Hai lực này có cùng độ lớn nhưng ngược chiều nhau.
Theo định luật Kepler thứ nhất, vệ tinh chuyển động quanh Trái Đất theo quỹ đạo elip, trong đó Trái Đất là một trong hai tiêu điểm của elip.
- Biểu thức: Độ lệch tâm e được xác định: e= √ a 2 −b 2 a
Bán trục lớn (trục chính) của elip được ký hiệu là a, trong khi bán trục bé (trục phụ) được ký hiệu là b Theo định luật Kepler thứ 2, vệ tinh di chuyển trên quỹ đạo với vận tốc thay đổi, sao cho đường nối từ vệ tinh tới tâm Trái Đất quét những vùng có diện tích bằng nhau trong những khoảng thời gian bằng nhau.
Theo định luật Kepler thứ nhất, nếu T1 = T2 thì S1 = S2 Định luật Kepler thứ ba khẳng định rằng bình phương của chu kỳ quỹ đạo vệ tinh tỉ lệ thuận với lũy thừa bậc ba của bán trục lớn trong quỹ đạo elip.
Một số dạng quỹ đạo vệ tinh
Quỹ đạo thỏa mãn các điều kiện sau:
- Là quỹ đạo tròn, Mặt phẳng quỹ đạo vệ tinh nằm trong mặt phẳng xích đạo của Trái Đất
- Bán kính quỹ đạo: xấp xỉ 42164 km, độ cao của vệ tinh: 35786 km
- Chu kỳ bay của vệ tinh bằng chu kỳ quay của Trái đất.
- Đảm bảo cho thông tin ổn định và liên tục suốt 24/24.
- Vùng phủ sóng của vệ tinh rất lớn
- Các trạm mặt đất ở xa có thể liên lạc trực tiếp Hệ thống gồm 3 vệ tinh có thể phủ sóng gần hết trái đất
- Thiết bị thường có giá thành cao
- Không phủ sóng được những vùng có vĩ độ cao hơn 81,3 độ
- Tính bảo mật không cao Suy hao truyền sóng lớn.
3.2 Quỹ đạo phi địa tĩnh
Quỹ đạo thỏa mãn các điều kiện sau:
- Vệ tinh chuyển động liên tục so với mặt đất và chu kỳ quanh khác với chu kỳ quanh của Trái Đất
- Mặt phẳng quỹ đạo nghiêng 63 độ 26 phút so với mặt phẳng xích đạo.
Ưu điểm: Có thể phủ sóng các vùng có vĩ độ cao hơn 81,3 độ, kể cả 2 chỏm cầu.
- Mỗi trạm phải có ít nhất 2 anten.
- Để đảm bảo liên tục trong 24/7 thì cần nhiều vệ tinh.
Bài tập
1 Tính diện tích vùng phủ sóng của vệ tinh địa tĩnh.
- Phương pháp: Kẻ 2 tiếp tuyến từ vệ tinh đến bề mặt TĐ, từ chân t 2 ta được vùng phủ sóng.
- Với giá trị a = Bán kính TĐ = 6378 km, r = 42164 km
+ Góc φ = arccos a r = 81,3 o (Vĩ độ cao nhất mà VTĐT phủ sóng được) + Tính h 1 =cosφ a≈ 965 km⇒ h=a−h 1
+ Diện tích bề mặt Trái Đất S: s=4 π a 2
- Vậy % diện tích phủ sóng của vệ tinh địa tĩnh tới bề mặt TĐ:
2 Tính vận tốc chuyển động (vận tốc dài) của 1 VT địa tĩnh.
- Phương pháp: Dựa vào tốc độ góc Trái đất.
- Vệ tinh ở độ cao h = 42164km , BK trái đất a = 6378km
+ Do VTĐT đứng yên so với Trái đất:
⇒ Tốc độ góc VTĐT = Tốc độ góc Trái đất.
+ Coi quỹ đạo vệ tinh là đường tròn có tâm của Trái đất:
⇒ Tốc độ dài: V = ꞷ R quỹ đạo = 3530 (m/s)
Từ vệ tinh địa tĩnh VINASAT-1 (132°E) đến trạm mặt đất tại Hà Nội (21°N, 106°E), HCM (10°N, 106°E).
- Phương pháp: Áp dụng công thức. d= √ (a+ h) 2 +a 2 −2a ( a+h ) cos l E cos ( L E −L S )
Tính khoảng cách xa nhất mà VTĐT có thể phủ sóng
- Phương pháp: Là đường thẳng từ vệ tinh đến vị trí tiếp tuyến với bề mặt Trái đất Khi đó ta được 1 tam giác vuông.
R max = √ 42164 2 −6378 2 ≈ 41679( km) b) Tính góc ngẩng của anten trạm mặt đất tại Hà Nội (21°N, 106°E) đến vệ tinh địa tĩnh VINASAT-1.
- Góc ngẩng θ: Là góc giữa đường nối từ Vệ tinh đến trạm mặt đất và hình chiếu của
- Phương pháp: Áp dụng công thức cos φ=cosl.cosL=cos21 ° cos (106 °−132° )=0,839 ⇒ sinφ = √ 1−¿¿¿ cosθ =
⇒θ = 51,68° c) Tính thời gian trễ tín hiệu
Từ trạm mặt đất HN lên vệ tinh VINASAT-1:
Từ trạm mặt đất HN qua truyền hình vệ tinh từ HCM.
T = d HCM ( km)+d c(km) HN (km) = 36639+36975
Tính thời gian trễ ngắn nhất giữa trạm mặt đất và vệ tinh
T min = 2 h độ cao ( km) c (km ) =¿ 2.35786
Phần II: Quỹ đạo Elip
4 Tính chu kỳ quỹ đạo của vệ tinh phi ĐT
- Phương pháp: Dựa vào công thức đinh luật Kepler thứ 3.
+) a là bán kính trục lớn tính từ tâm Trái Đất đến vệ tinh
+) à là hằng số Kepler: à = 3,986005ì 10 14 m 3 /sec 2
5 Xác định vị trí vệ tinh trên quỹ đạo tại thời điểm t, biết thời điểm vệ tinh qua cận điểm t p
- Vẽ đường tròn (C , a ) ngoại tiếp với Elip
⇒ Độ dài cung PS = M = v g ( t−t p ) (rad) v g : Vậntốc gócTB củavệ tinh , xác định theo đl 3 Kepler
- Xác định góc E: M = E – e.sin(E) (rad)
- Tọa độ vệ tinh: r o = a [ 1−e cos ( E ) ] ; ɸ O =arccos [ a ( 1−e e r 2 0 ) −r 0 ] x 0 =r 0 cos ɸ 0 và y 0 =r 0 sin ɸ 0
1 VD1: Quỹ đạo hình elip
Cận điểm, độ cao hp = 1000km (khoảng cách từ bề mặt TĐ đến cận điểm) Viễn điểm, độ cao ha = 4000km
Xác định: - Chu kì vệ tinh.
Trong đó: r a ,r p là khoảng cách từ tâm trái đất đến viễn điểm và cực điểm.
- Từ hệ phương trình giải ra a = 8900 km, e = 0.17.
2 VD2: Một vệ tinh quỹ đạo elip với các thông số sau a = 22164km ; e = 0.02
Xác định vị trí của vệ tinh trên quỹ đạo sau 5 giờ khi đi qua cận điểm.
- Vì độ lệch tâm e =0.02 rất nhỏ suy ra coi như chuyển động tròn.
- Vận tốc góc trung bình vg = 2 T π = 1.913 10 −4 rad/s
- Độ dài cung PS = M = v g ( t−t p ) = v g (5×3600)= 3.4434 rad/s
⇒Thuộc góc phần tư thứ 2.
Cấu trúc hệ thống thông tin vệ tinh
Phần không gian
Không gian bao gồm các vệ tinh cùng với các thiết bị được lắp đặt bên trong chúng, nhằm mục đích theo dõi và điều khiển hành trình của vệ tinh Hệ thống này bao gồm cả các công cụ bám đo đạc và điều khiển, đảm bảo vệ tinh hoạt động hiệu quả trong không gian.
Vệ tinh bao gồm hai phần chính: phần tải (Payload) và phần thân nền (Platform) Trong hệ thống thông tin vệ tinh, vệ tinh hoạt động như một trạm chuyển tiếp, tương tự như một trạm lặp (Repeater) Nó thu tín hiệu từ các trạm mặt đất, xử lý và biến đổi sang tần số khác, sau đó khuếch đại tín hiệu lên công suất yêu cầu trước khi phát lại xuống các trạm mặt đất.
Phần tải bao gồm các hệ thống anten thu/phát và các thiết bị phục vụ cho việc truyền dẫn, xử lí tín hiệu qua vệ tinh.
Mỗi vệ tinh được trang bị nhiều bộ phát đáp (transponder) nhằm thu tín hiệu từ tuyến lên, chuyển đổi tần số, khuếch đại công suất và phát lại tín hiệu qua tuyến xuống.
Tín hiệu thu từ tuyến lên được truyền qua anten và lọc bằng bộ lọc thông dải BPF trước khi vào bộ khuếch đại tạp âm thấp LNA Sau khi qua LNA, tín hiệu được chuyển đến bộ hạ tần, nơi nó được trộn với bộ dao động nội LO để điều chỉnh tần số cho phù hợp với băng tần tuyến xuống Đầu ra của quá trình này sẽ được lọc và tiền khuếch đại bằng bộ khuếch đại công suất P.PA Cuối cùng, tín hiệu sẽ được tách ra theo băng thông của từng bộ phát đáp, đồng thời thực hiện lọc, bù tổn hao và khuếch đại công suất cần thiết.
Hình 3.2 Sơ đồ khối chức năng của bộ phát đáp đơn giản
Chức năng của phân hệ thông tin:
Thu tín hiệu từ các trạm mặt đất.
Lọc, hạn chế tối đa nhiễu từ các hệ thống vô tuyến khác.
Khuếch đại sóng mang được thực hiện nhằm giảm thiểu tạp âm và méo, đồng thời cung cấp công suất lớn trong băng tần xác định tại đầu vào anten phát của vệ tinh.
Đổi dải tần tuyến lên thành tuyến xuống.
Bức xạ sóng mang trong băng tần xác định tới vùng phủ sóng của vệ tinh.
Hệ thống thông tin vệ tinh không tham gia trực tiếp vào quá trình phát lặp, nhưng đảm bảo điều kiện hoạt động cho phần tải Phần nền của hệ thống bao gồm các hệ con quan trọng như ổn định tư thế, định vị vệ tinh, hệ thống giám sát và đo lường từ xa, cũng như các hệ thống cung cấp và quản lý năng lượng, điều hòa nhiệt, đẩy, và khung vỏ.
Hệ thống đo lường điều khiển từ xa và bám vệ tinh
Hệ thống quản lý vệ tinh trên mặt đất đảm bảo các điều kiện cần thiết cho hoạt động bình thường của vệ tinh trên quỹ đạo trong hệ thống thông tin vệ tinh, bao gồm các hệ con.
- Hệ duy trì vị trí và tư thế bay của vệ tinh.
- Hệ giám sát và điều khiển.
- Hệ cung cấp năng lượng.
- Hệ thống điều hòa nhiệt.
Phần mặt đất
Phần mặt đất của hệ thống thông tin vệ tinh bao gồm toàn bộ các trạm thu – phát, cần thiết để thiết lập liên lạc trực tiếp giữa hai điểm trên Trái Đất thông qua trạm chuyển tiếp vệ tinh Để thực hiện điều này, cần có hai trạm thông tin vệ tinh SES, có chức năng phát tín hiệu lên vệ tinh và thu tín hiệu từ vệ tinh về, sau đó kết nối thông tin với mạng vệ tinh mặt đất.
Hình 3.3 Cấu trúc của 1 trạm mặt đất
Theo hướng lên, thông tin từ các mạng mặt đất được truyền đến trạm mặt đất qua giao diện kết nối mạng Những luồng tín hiệu này được ghép kênh và định dạng lại, sau đó được điều chế bằng sóng mang trung tần Cuối cùng, tín hiệu trung tần được chuyển đổi thành sóng cao tần mong muốn.
Các sóng mang cao tần có thể phát đồng thời xác định theo nhóm băng tần 6Ghz, 14Ghz.
Các sóng mang cao tần được kết hợp qua bộ tổ hợp (Combiner) để tạo thành tín hiệu băng rộng, sau đó được khuếch đại bởi bộ khuếch đại công suất lớn (HPA) Tín hiệu băng rộng này được truyền tới anten thông qua bộ phối hợp (Diplexer), cho phép anten thực hiện chức năng thu và phát tín hiệu đồng thời.
Anten thực hiện chức năng thu và nhận tín hiệu ở các tần số khác nhau, cụ thể là băng C với tần số phát 6GHz và thu 4GHz, băng Ku với tần số phát 14GHz và thu 12GHz Tín hiệu băng rộng ở hướng xuống được truyền qua bộ khuếch đại tạp âm thấp (LNA) và sau đó tới bộ chia, nơi tín hiệu được chia thành các sóng mang cao tần riêng biệt Tiếp theo, các sóng này được biến đổi xuống trung tần và gửi tới bộ giải điều chế, trước khi được chuyển tới mạng mặt đất theo yêu cầu.
Thiết kế tuyến thông tin vệ tinh
Các tham số cơ bản của tuyến liên lạc thông tin vệ tinh
- Tuyến thông tin vệ tinh là sự truyền dẫn tín hiệu từ:
+ Trạm mặt đất tới vệ tinh.
+ Vệ tinh tới trạm mặt đất.
- Phương hướng bức xạ của anten
+ Nguyên lý: điện trường biến thiên theo thời gian gây ra từ trường biến thiên theo thời gian.
Phân cực sóng bao gồm ba loại chính: phân cực thẳng, phân cực tròn và phân cực elip Khi đề cập đến phân cực, chúng ta đang nói đến phương và chiều của véc tơ E (điện trường) và H (từ trường) thay đổi như thế nào trong quá trình lan truyền sóng.
Trong đó: L Tx , L Rx là suy hao do feeder phát và thu;
L p(d) là suy hao truyền sóng;
G Tx , G Rx là tăng ích của anten phát trạm mặt đất và anten thu trên vệ tinh.
Công suất bức xạ đẳng hướng tương đương
- EIRP là công suất bức xạ đẳng hướng tương đương được angten phát ra, bao gồm cả ảnh hưởng từ thiết bị phát.
Công suất bức xạ của một anten phát vô hướng, được cấp điện bởi nguồn tần số vô tuyến, được ký hiệu là P T Đối với hướng bức xạ, độ tăng ích được ký hiệu là G T, và tích số của chúng là yếu tố quan trọng trong việc xác định hiệu suất phát sóng.
P T G T là công suất bức xạ đẳng hướng tương đương, ký hiệu là EIRP (Equivalent
EIRP= P T +G T (dBW)=P T G T (W) cũng có thể được biểu thị dưới dạng đề-xi-ben:
EIRP = P Tx (dBw) – L Tx (dB) + G Tx (dBi)
Hệ số tăng ích của ăng ten G:
là hệ sô tăng ích của anten theo hướng
là hệ số định hướng của anten theo
Góc tính trong mặt phẳng đứng và góc tính trong mặt phẳng ngang.
Đối với các anten sóng siêu cao như anten parabol dùng trong thông tin vệ tinh, độ tăng ích cực đại của anten có thể được xác định thông qua một biểu thức cụ thể.
: diện tích hiệu dụng của anten ( , D là đường kính anten)
Công suất tín hiệu thu được
P T : Công suất của trạm phát (W, dBW)
G T : Hệ số tăng ích trạm phát (dBi)
G R : Hệ số tăng ích trạm thu (dBi)
R : Khoảng cách truyền của anten (m) c : 3∗10 8 (m/s) f : Tần số tín hiệu (Hz)
L FS : Suy hao truyền sóng trong không gian tự do ( dB )
L FS (dB ),44 + 20log 10 d ( km)+20log 10 f up (GHz )
Trong đó: f up là tần số hướng lên; d là khoảng cách từ trạm mặt đất tới vệ tinh
Khoảng cách từ trạm mặt đất tới vệ tinh là d= √ (R E +h) 2 + R E 2 −2 R E ( R E +h) cos l E cos( L E −L S )
Với: I E là vĩ độ của trạm mặt đất;
L E là kinh độ của trạm mặt đất;
L S là kinh độ của vệ tinh; h là chiều cao tự trạm mặt đất tới vệ tinh, h5786 km;
R E là bán kính trung bình của Trái Đất, REc78 km
Ảnh hưởng của tầng khí quyển đến kênh truyền
4.2.1 Ảnh hưởng của tầng đối lưu
Nhiệt độ và áp suất giảm dần theo độ cao => chiết suất thay đổi
Có 2 nguyên nhân chính: + Hấp thụ do hạt nước (mưa).
+ Hấp thụ phân tử. a Hấp thụ do các hạt nước
1 Do tác động trường của sóng truyền lan, trong các hạt nước nhỏ có tính bán dẫn điện sẽ có dòng điện dịch Mật độ các dòng điện dịch có một giá trị tương đối nào đó Mật độ dòng điện cũng tỉ lệ với tần số, do đó nó chỉ có giá trị đáng xem xét ở dải sóng siêu cao (sóng cm và mm) Chính sự tổn hao năng lượng trong các hạt nước đó gây nên sự hấp thụ năng lượng sóng truyền lan.
2 Sự xuất hiện dòng các hạt nước hoặc mây mù chính là nguyên nhân gây nên các dòng bức xạ khuếch tán hoặc bức xạ thứ cấp Trong thực thế sự khuếch tán như vậy tạo nên hiệu ứng hấp thụ theo phương truyền lan của sóng nhưng cũng chính sự khuếch tán đó lại là bức xạ thứ cấp theo phương truyền lan cần thiết. b Hấp thụ phần tử
Sóng vô tuyến có bước sóng ngắn hơn 1.5 cm (tần số lớn hơn 20 GHz) bị hấp thụ bởi tác động của trường sóng lên các phân tử khí trong tầng đối lưu Hiện tượng này được gọi là hấp thụ phần tử và thường được quan sát trong điều kiện thời tiết trong, không có mưa hoặc sương mù.
Suy hao do mưa trong thông tin vệ tinh được tính như sau:
LR(dB)=∝R(dBkm)×dRAIN(km)
∝R(dBkm): là hệ số suy hao do mưa trên 1 km
D RAIN (km): là cự ly chịu mưa trong tuyến lên
Từ mô hình ta có thể tính được
Trong đó e: Là góc ngẩng của anten ( độ )
D RAIN : Độ dài truyền sóng (m) h RAIN : Độ cao trần mây (m) phụ thuộc vào vị trí địa lý Ở nước ta h RAIN thường chọn 5km h anten : Độ cao của anten (m)
Tra biểu đồ theo CCIR
4.2.2 Ảnh hưởng của tầng điện li Đối với dải sóng cực ngắn và siêu cao thì tầng điện li được xem là trong suốt Ảnh hưởng rõ nét nhất của tầng điện li đối với kênh truyền thông tin vệ tinh là hiệu hứng Faraday , trễ tín hiệu , quay phân cực và quyết định băng tần thông tin vệ tinh
Giá trị quay Faraday, ký hiệu là , được xác định bởi cường độ từ trường trung bình của quả đất (Wb/m²) Độ trễ nhóm, ký hiệu là T, thường được tính toán dựa trên tần số f tính theo Hz.
Tổng kết
Một số thành phần làm ảnh hưởng tới chất lượng tín hiệu trên tuyến thông tin vệ tinh:
Tên thành phần Ý nghĩa của thành phần
Nhiễu đồng kênh xảy ra khi tín hiệu từ trạm mặt đất hoặc vệ tinh truyền tải trên cùng một tần số hoặc kênh, dẫn đến việc làm giảm chất lượng tín hiệu Khuếch đại công suất tín hiệu là một giải pháp giúp cải thiện khả năng truyền tải và giảm thiểu ảnh hưởng của nhiễu đồng kênh.
Bù vào phần suy hao tín hiệu do các thành phần khác gây nên
+ Sự thay đổi của nhiệt độ và áp suất tại các vị trí của tầng đối lưu gây ra khúc xạ tín hiệu.
+ Độ ẩm gây ra suy hao tín hiệu (hơi nước mưa) Tầng điện ly (ion) Gây ra phản xạ tín hiệu nếu vượt quá góc tới hạn
Khoảng cách truyền Gây ra suy hao và trễ ở khoảng cách lớn
Công suất phát tín hiệu Bù vào phần suy hao tín hiệu do các thành phần khác gây nên
Bài tập
P T : Công suất của trạm phát (W, dBW)
G T : Hệ số tăng ích trạm phát (dBi)
Tìm mật độ thông lượng công suất ( Φ ):
P T : Công suất của trạm phát (W, dBW)
G T : Hệ số tăng ích trạm phát (dBi)
R : Khoảng cách truyền của anten (m)
3.Tìm phương hướng bức xạ anten ( θ 3dB )
Ta có công thức : θ 3dB p c f D ( độ )
Trong đó : f : Tần số tín hiệu (Hz)
4.Tìm hệ số tăng ích của trạm phát và thu tín hiệu ( G T và G R )
Trong đó : f : tần số anten ( Hz ) c : 3∗10 8 ( m/s )
P T : Công suất của trạm phát (W, dBW)
G T : Hệ số tăng ích trạm phát (dBi)
G R : Hệ số tăng ích trạm thu (dBi)
R : Khoảng cách truyền của anten (m) c : 3∗10 8 (m/s) f : Tần số tín hiệu (Hz)
6 Tìm hệ số suy hoa do mưa:
Bước 1: Tính độ dài truyền sóng theo công thức
Trong đó e: Là góc ngẩng của anten ( độ )
D RAIN : Độ dài truyền sóng (m) h RAIN : Độ cao trần mây (m) h anten : Độ cao của anten (m)
Bước 2 : Xác định phân cực đứng hay phân cực ngang
Nối đường giữa lượng mưa và tần số đường lên để xác định hệ số suy hao trên 1 km
Bước 3: Tính tổng suy hao
Hệ số suy hao trên 1km * D RAIN
Tỉ số công suất sóng mang trên công suất tạp âm tại đầu vào máy thu trên vệ tinh
P N : công suất tạp âm tại đầu vào máy thu trên vệ tinh (dBW)
P RX : công suất sóng mang tại đầu vào máy thu trên vệ tinh địa tinh (dBW)
G RX : Hệ số tăng ích bên thu (dBi)
Te : Nhiệt độ tạp âm ( độ K )
9 Tỉ số năng lượng bit trên mật độ công suất :
N 0 =P RX ( dBW )+ 228,6−10log ( Rbit )−10log (Te)
P RX : công suất sóng mang tại đầu vào máy thu trên vệ tinh địa tinh (dBW)
Te : Nhiệt độ tạp âm ( độ K )
Rbit : tốc độ bit ( bit/s ) \
Bài tập tính toán tuyến
Để tính toán công suất bức xạ đẳng hướng tương đương của trạm mặt đất, cần xác định công suất nhận P RX tại máy thu vệ tinh Đồng thời, cần tính tỉ số giữa công suất sóng mang và công suất tạp âm tại đầu vào của máy thu vệ tinh.
Tỉ số công suất sóngmang trênmật độcông suất tạp âm C
- Tần số lên f up = 14GHz
+ Công suất đầu ra máy phát trạm mặt đất P TX = 5W
+ Suy hao do cáp với anten phát T TX = 1dB
+ Vị trí trạm mặt đất (15 0 N, 106 o E)
+ Tốc độ bit : R = 16Mbits/s phương thức điều chết 4-QAM
+ Chiều cao ănten so với mực nước biển : h antenna = 100m
+ Vệ tinh địa tĩnh có tọa độ : 132 o E
+ Nhiệt độ tạp âm hệ thống thu trên vệ tinh : T = 900K
- Truyền phân cực tròn, tuyến lên chịu mưa với lượng mưa trung bình 54mm/h, bỏ qua tổn hao khác.
Bài làm a/ Công suất bức xạ đẳng hướng tương đương của trạm mặt đất.
Hệ số tăng ích anten phát G TX:
Công suất bức xạ đẳng hướng tương đương của trạm mặt đất là:
EIRP(dBW) = P TX (dBW) – L TX (dB) + G TX (dB) = 10log(5) - 1 + 50,64 = 56,64dBW b/ Công suất nhận PRX thu được tại máy thu vệ tinh.
Cự ly thông tin từ mặt đất tới vệ tinh là: d = √ (ℜ+h) 2 +ℜ 2 −2 ℜ ( ℜ+h ) cosl E cos (L E −L S )
Suy hao truyền sóng trong không gian tự do:
L FS (dB) = 92.44 + 20.log 10 d(km) + 20.log 10 f up (GHz)
Cự li thông tin chịu mưa:
D RAIN = h rain sin −h (e) antenna = sin 5−0,1 (55) = 5,96km
Hệ suy hao do mưa trên 1km được xác định thông qua biểu đồ cho phân cực đứng và phân cực ngang tại tần số fGHz với lượng mưa 54mm/h Kết quả cho thấy hệ số suy hao do mưa đối với sóng phân cực tròn.
Do đó -> suy hao do mưa
L R (dB) = ∝ R ( km dB ) D RAIN (km) = 3 + 5,96 = 17,88 dB Suy hao truyền sóng tuyến lên là:
L P (dB) = L FS (db) + L R (dB) = 206,65 + 17,88 = 224,53 dB
Do đó công suất ở đầu vào máy thu trên vệ tinh là:
P RX (dBm) = EIRP(dBm) – L p (dB) + G RX (dB) = 86.64 – 224,53 + 40 = -97,89 dB c)
Tỉ số công suất sóngmang trêncông suất tạp âmtại đầu vàomáy thu vệ tinh C
Tỉ số công suất sóngmang trênmật độcông suất tạp âm C
2 M (1+ α )= 16.10 6 log 2 4 ( 1+0,2) = 9.6 MHz Công suất tạp âm tại đầu vào máy thu trên vệ tinh:
P N (dBw) = 10.log(kTB) = 10.log(1,38.10 -23 9,6.10 6 900) = -129,24 (dBW)
Có công suất sóng mang tại đầu vào máy thu trên vệ tinh địa tĩnh ở câu b là:
P RX = -97,89 dBm = -127,89 dBW -> Tỉ số công suất sóng mang trên công suất tạp âm tại đầu vào máy thu trên vệ tinh là
C N (dB )=P RX ( dBW )− P N (dBW )=−127,89−(−129,24)=1,35(dB)
Tỉ số công suất sóng mang trên mật độ công suất tạp âm No C là
F = 6495 MHz Uplink : P = 32,5 dBW Bandwidth = 18 MHz Antenna size : 4,6m
F = 6495 MHz Uplink : P = 16,5 dBW Bandwidth = 18 MHz Antenna size : 6m
=> EIRP mong muốn VN = 16,5 + 50 = 65,5 dB
G TX LAO NHIEU = G TX LAO – G(θ) = 47,7 – 14,36 = 33,34
EIRP NHIEU LAO = G TX LAO NHIEU + P TX LAO = 33,34 + 32,5 = 65,84
=> C I =EIRP wanted VN −EIRP NHIEU LAO e,5−65,84=−0,34
Đa truy nhập
Đa truy nhập là gì?
- Nhiều thuê bao cùng 1 lúc truy nhập vào 1 hệ thống để khai thác sử dụng hệ thống đấy.
Vì sao cần sử dụng kỹ thuật đa truy nhập trong hệ thống thông tin vệ tinh?
- Để phân biệt thuê bao khi họ truy cập vào hệ thống nhằm chắc chắn đối tượng được phục vụ tốt.
Phân cực sóng điện từ
- Khi nhắc đến “Phân cực sóng điện từ” người ta quan tâm đến { Phương Độlớn Chiều của Vectơ cường độ điện trường, trong quá trinh lan truyền.
- Có 3 dạng phân cực { Phâncực thẳng
Phân cực tròn Phân cực Elip
+ Phân cực thẳng: khi đó, góc ϕ ( pha ban đầu ) của 2 thành phần dao động trùng hoặc lệch nhau 180 độ
+ Phân cực tròn: khi đó, góc ϕ ( pha ban đầu ) của 2 thành phần dao động lệch 90 độhoặc 270 độ.
+ Phân cực elip: là một trường hợp của phân cực tròn khi 2 biên độ dao động khác nhau
- Trong hệ thống viễn thông người ta sử dụng phân cực sóng điện từ để dùng băng tần hiệu quả hơn (Hiệu quả gấp 2 lần )
Các phương pháp, kĩ thuật đa truy nhập?
- Kĩ thuật đa truy nhập phân chia theo tần số : FDMA
Trao cho mỗi thuê bao 1 tần số riêng trong băng tần.
- Kĩ thuật đa truy nhập phân chia theo thời gian : TDMA
Tạo cho thuê bao 1 khe và đặt vào khác nhau để phân biệt với nhau.
- Kĩ thuật đa truy nhập phân chia theo mã : CDMA
- Hệ thống phân biệt các thuê bao bằng mã riêng biệt mà hệ thống phân chia cho từng thuê bao.
- Mỗi thuê bao có mã giả ngẫu nhiên.
Mã giả ngẫu nhiên PN là gì?
Mã dựa trên khái niệm phổ rất rộng cho phép tạo ra các mã có phổ rộng, được xây dựng theo lệnh mà người khác không thể nhận biết Tuy nhiên, người sáng tạo mã lại nắm rõ thông tin này một cách chắc chắn.
Trải phổ trực tiếp của CDMA:
- Nhân (*) tín hiệu của mình đang có với tín hiệu mã giả ngẫu nhiên Tín hiệu sẽ trải dài trên trục tần số.
Khi truy cập vào thì hệ thống phân biệt mã như thế nào? (Cách để thu)
Để thu hút người dùng, toàn bộ các mã hiện có được nhân (*) trực tiếp với mã của thuê bao Khi thực hiện phép nhân này, sẽ có một mã trùng khít với mã của thuê bao, dẫn đến tích của chúng bằng 1 Trong các trường hợp khác, tích sẽ bằng 0, nhờ đó giúp phân biệt một cách rõ ràng.
Tất cả tín hiệu trên đường truyền vào đầu thu, không phải từ thiết bị của chúng ta, đều được coi là nhiễu và sẽ bị loại bỏ Việc này được thực hiện thông qua phương pháp nhân trực tiếp toàn bộ mã với mã thuê bao thu tích là 1 và tích là 0, giúp tăng cường khả năng chống nhiễu hiệu quả.
Trải phổ là quá trình sử dụng mã hóa đặc biệt để mở rộng tín hiệu trong một băng thông hẹp ra một băng thông rộng hơn, giúp tín hiệu trở nên tương tự như nhiễu trắng tự nhiên.
Mã trải phổ dài giúp tăng cường tính bảo mật thông tin truyền tải, vì khó xác định mã đã sử dụng Tuy nhiên, việc sử dụng mã dài đòi hỏi băng thông rộng hơn.
Ưu nhược điểm của trải phổ a Ưu điểm
+ Chống lại các nhiễu cố ý và vô ý.
+ Hạn chế và làm giảm hiệu ứng đa đường truyền.
+ Chia sẻ cùng dãy tần số với nhiều người sử dụng.
+ Bảo mật do chuỗi mã giả ngẫu nhiên (Phân chia theo mã). b Hạn chế
+ Không hiệu quả về băng thông.
+ Hoạt động phức tạp hơn.
So sánh ưu điểm của CDMA với TDMA và FDMA:
TDMA và FDMA sử dụng khe thời gian và khe tần số, dẫn đến việc bị giới hạn bởi khung thời gian và tần số Ngược lại, CDMA không phụ thuộc vào khe thời gian, do đó không bị giới hạn.
Chương 6 Tín hiệu và điều chế
Tín hiệu là thông tin cần gửi đi
1.2 Tín hiệu băng tần gốc là gì ?
Là tín hiệu điện (điện áp, dòng điện) biến thiên theo quy luật tín hiệu cần gửi đi, có thể là âm thanh, hình ảnh, dữ liệu…
1.3 Tín hiệu tương tự là gì ?
Là tín hiệu liên tục, được chuyển trực tiếp từ dữ liệu sang điện áp và dòng điện
1.4 Tín hiệu số là gì ? là tìn hiệu rời rạc theo biên độ Vì trong một thời điểm nó chỉ có một trong hai giá trị là 0 hoặc 1 (ứng với 0V hoặc 5V
1 Các bước biến đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu số:
Bước 1: Lấy mẫu là quá trình rời rạc hóa tín hiệu, trong đó chỉ chọn một số mẫu nhất định trong một khoảng thời gian để đảm bảo rằng các mẫu này phản ánh chính xác tín hiệu gốc và có thể phục hồi lại tín hiệu ban đầu.
Sử dụng định lý Nyquist: Tần số lấy mẫu lớn hơn hoặc bằng 2 lần tần số cao nhất của tín hiệu
Ví dụ: Tín hiệu thoại, âm thanh nằm trong khoảng 0.3 – 3.4kHz → F LM ≥ 2*3.4=6.8kHz Bước 2: Lượng tử hóa
Chọn một đơn vị rời rạc nhỏ nhất về độ lớn, được gọi là giá trị lượng tử, với độ chính xác cao và cùng đơn vị đo với các giá trị rời rạc khác.
Là quá trình chuyển đổi tín hiêu rời rạc có biên độ liên tục thành tín hiệu rời rạc có biên đồ rời rạc
Mục đích: Chọn ra mức lượng tử và biểu diện tín hiệu của chúng ta qua số mức lượng tử
Tiêu chí trong lượng tử hóa là giá trị lượng tử càng nhỏ càng tốt, gần với giá trị thực tế Tuy nhiên, nếu giá trị lượng tử quá nhỏ, độ dài mã sẽ tăng lên, dẫn đến tốc độ bit cao hơn Do đó, cần thực hiện lượng tử hóa hợp lý để đảm bảo độ dài mã ở mức vừa phải.
Là quá trình biến đổi các mức lượng tử hóa thành các từ mã, thông thường biến đổi thành các từ mã nhị phân 0 và 1
Ví dụ: Dùng từ mã dài 4 bit sẽ có 16 mức khác nhau
2 So sánh ưu điểm của tín hiệu số so với tín hiệu tương tự
- Tính kháng nhiễu của tín hiệu số tốt hơn tín hiệu tương tự.
- Có kỹ thuật nén để giảm băng thông của tín hiệu số ( băng thông ban đầu của tín hiệu số lớn hơn tín tương tự ).
- Việc ghép kênh, tách kênh trong truyền dẫn số dễ dàng thực hiện hơn so với truyền dẫn tương tự ( xử lý tín hiệu số thuận lợi hơn ).
- Truyền dẫn tín hiệu số tốt hơn hẳn truyền dẫn tương tự ( ảnh hưởng nhiễu cộng dồn chỉ có ở tín hiệu tương tự )
Điều chế
- Là quá trình đặt tin tức lên sóng mang để sóng mang mang tin tức từ bên phát sang bên thu.
Để đặt tín hiệu lên sóng mang tại bên phát, cần thay đổi một trong các thông số của sóng mang như biên độ, tần số hoặc góc pha Những thay đổi này tương ứng với điều biên, điều tần và điều pha, giúp tối ưu hóa chất lượng tín hiệu truyền đi.
- Lấy tín hiệu từ sóng mang ở bên thu: Thực hiện giải điều chế để tách tín hiệu ra khỏi sóng mang.
2.2 Tại sao cần điều chế ?
Vì chúng ta cần truyền tín hiệu đi, mà muốn truyền đi phải có phương tiện, phương tiện truyền tín hiệu ở đây là sóng mang
2.3 Các cách thức điều chế tín hiệu số:
- Điều chế khóa dịch biên (ASK)
Hình 1 Dạng sóng điều chế ASK
- Điều chế khóa dịch pha (PSK) + Điều chế BPSK
Hình 2 Dạng sóng điều chế BPSK
+ Điều chế QPSK ( điều chế pha vuông góc)
Hình 3 Dạng sóng điều chế QPSK
- Điều chế khóa dịch tần (FSK)
Hình 4 Dạng sóng điều chế FSK
- Điều chế kết hợp biên độ pha ( QAM)
Ví dụ 8-QAM + Dùng 2 sóng mang khác nhau cùng tần số ( điều chế ASK) + Mỗi sóng mang được dịch đi 90 o ( điều chế PSK )
Hình 5 Dạng sóng điều chế 8-QAM
2.4 Cách thức điều chế trong thông tin vệ tinh:
- Sử dụng điều tần, điều pha.
- Vì trong điều biên, biên độ quá yếu dẫn đến sẽ dễ bị lẫn với nền nhiễu.
Giới thiệu các hệ thống vệ tinh trên thế giới
Hê thống vệ tinh VSAT
Hình 7.1 Ví dụ tổng quan về hệ thống vệ tinh VSAT
VSAT (Very Small Aperture Terminal) là trạm thông tin vệ tinh mặt đất cỡ nhỏ, được lắp đặt tại các địa điểm thuê bao để liên lạc trực tiếp với các trạm VSAT khác hoặc với trạm chủ (HUB), từ đó kết nối qua mạng viễn thông mặt đất.
VSAT là thiết bị trạm mặt đất, chuyên dùng để nhận tín hiệu từ vệ tinh Nó cho phép truyền tín hiệu qua vệ tinh một cách đáng tin cậy, chỉ cần sử dụng đĩa anten có đường kính từ 0,69m đến 1,30m (2 feet – 4 feet).
Trạm mặt đất VSAT được cấu thành từ ba phần chính: anten, khối thiết bị ngoài ODU và khối thiết bị trong nhà IDU, tất cả được kết nối qua một cặp dây cáp Các trạm VSAT này có khả năng trao đổi thông tin với nhau thông qua mạng VSAT.
Hệ thống mạng VSAT-IP đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp dịch vụ thông tin tại Việt Nam Kiến trúc mạng này có nhiều ưu điểm như khả năng kết nối rộng rãi và tính linh hoạt, nhưng cũng tồn tại một số nhược điểm như chi phí đầu tư ban đầu cao và độ trễ trong truyền tải dữ liệu Để hiểu rõ hơn về ứng dụng của VSAT-IP, bạn có thể tham khảo các tài liệu chi tiết tại các liên kết sau: [123DOC](https://123docz.net/document/3499241-he-thong-thong-tin-ve-tinh-vsat-ip-vsat-va-cac-dich-vu-cung-cap.htm) và [Tài liệu Đại học](https://www.tailieudaihoc.com/doc/208864.html).
Hệ thống vệ tinh viễn thám
* Các vệ tinh thời tiết hay khí tượng:
Hình 7.2 Các vệ tinh thời tiết, khí tượng
- Là một loại vệ tinh nhân tạo được dùng chủ yếu để quan sát thời tiết và khí hậu trên Trái Đất
- Vệ tinh có thể quay quanh cực hoặc quanh đường xích đạo
+ Quỹ đạo địa tĩnh: GOES (US), METEOSAT (EURO), INSAT (INDIA), GMS (JAPAN) – 36,000 km
+ Quỹ đạo cực: NOAA (US), METEOR(RUSSIA) – 850 km
- Độ phân giải không gian thấp
- Độ phân giải thời gian cao: chụp lại nhiều lần trong ngày trên phạm vi tòan cầu
- Dải quét bao phủ một vùng rộng lớn
- Những phát triển sau này: thực vật và môi trường biển (MODIS)
* Vệ tinh quan sát mặt đất
- Các vệ tinh quan sát mặt đất hay vệ tinh tài nguyên:
+ Quan sát tài nguyên trên mặt đất: LANDSAT (US), SPOT (FRANCE), IKONOS, QUICKBIRD
+ Quan sát tài nguyên biển: MOS (JAPAN), MODIS(AUSTRALIA)
- Quỹ đạo đồng bộ mặt trời
- Độ phân giải không gian trung bình và cao.
- Độ phân giải thời gian trung bình, hiện nay có thể điều khiển từ trạm mặt đất.
- Dải quét bao phủ gần như toàn bộ trái đất.
Vệ tinh viễn thám là công cụ quan trọng trong việc giám sát và thu thập thông tin về trái đất Các loại vệ tinh viễn thám bao gồm vệ tinh khí tượng như GOES và NOAA, cùng với các vệ tinh quan sát mặt đất như LANDSAT và SPOT Những vệ tinh này có khả năng cung cấp dữ liệu về điều kiện thời tiết, tài nguyên biển và mặt đất, giúp phục vụ cho nghiên cứu môi trường và quản lý tài nguyên Để tìm hiểu thêm về các vệ tinh viễn thám, bạn có thể tham khảo các tài liệu chi tiết tại các liên kết sau: [Slideshare 1](https://www.slideshare.net/ttungbmt/4-ve-tinh-vien-tham) và [Slideshare 2](https://www.slideshare.net/bien14/phan-2-chuong-6-vien-tham-ve-tinh).
Hệ thống định vị toàn cầu
a Hệ thống định vị toàn cầu GPS ( US )
Hệ thống Định vị Toàn cầu (GPS) là một công nghệ xác định vị trí dựa vào vệ tinh nhân tạo, được thiết kế và quản lý bởi Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ Để xác định tọa độ của một điểm trên mặt đất, cần đo khoảng cách từ điểm đó đến ít nhất ba vệ tinh cùng một lúc.
Hệ thống GPS bao gồm ba phần chính: phần không gian, phần kiểm soát và phần sử dụng Không quân Hoa Kỳ chịu trách nhiệm phát triển, bảo trì và vận hành các phần không gian và kiểm soát Các vệ tinh GPS phát tín hiệu từ không gian, cho phép các máy thu GPS xác định vị trí 3 chiều (kinh độ, vĩ độ và độ cao) cùng với thời gian hiện tại.
Hình 7.3 Hình ảnh vệ tinh GPS
Hình 7.4 Nguyên lý xác định vị trí GPS
GLONASS is a global navigation satellite system that provides accurate positioning and timing information For more in-depth information about how GLONASS operates and its principles, you can explore the links provided: [Understanding GLONASS](https://ungdungmoi.edu.vn/nguyen-ly-hoat-dong-cua-thong-dinh-vi-toan-cau-gps.html) and [GLONASS on Wikipedia](https://vi.wikipedia.org/wiki/H%E1%BB%87_th%E1%BB%91ng_).
%C4%90%E1%BB%8Bnh_v%E1%BB%8B_To%C3%A0n_c%E1%BA%A7u b Hệ thống định vị toàn cầu GLONASS ( NGA )
GLONASS (Hệ thống Định vị Vệ tinh Toàn cầu của Nga) là một hệ thống định vị vệ tinh tương tự như GPS, cung cấp dịch vụ định vị, dẫn đường và xác định thời gian chính xác Các vệ tinh của GLONASS quay quanh trái đất, mang lại những thông tin đáng tin cậy và hoàn toàn miễn phí cho người dùng trên toàn cầu.
GPS là hệ thống định vị toàn cầu do Mỹ phát triển, trong khi GLONASS là hệ thống tương tự được sản xuất bởi quân đội Nga Cả hai công nghệ này đều đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp dịch vụ định vị chính xác trên toàn thế giới.
Link tìm hiểu thêm về hệ thống GLONASS https://tracdiatap.com/p/glonass-la-gi-gnss-glonass-may-trac-dia c Hệ thống định vị toàn cầu GALILEO ( EU)
Hệ thống định vị Galileo là một hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu (GNSS) do Liên minh châu Âu và Cơ quan Vũ trụ châu Âu hợp tác phát triển.
Hệ thống, được phát triển từ năm 2000 và hoàn thành vào năm 2010, bao gồm 30 vệ tinh, trong đó 27 vệ tinh hoạt động liên tục, cung cấp tín hiệu bao phủ toàn bộ Trái Đất.
Galileo khác với GPS của Hoa Kỳ và GLONASS của Liên bang Nga vì nó là một hệ thống định vị được điều hành và quản lý bởi các tổ chức dân sự, không phục vụ mục đích quân sự.
Hệ thống định vị Galileo được đặt theo tên của nhà thiên văn học người Ý Galileo Galilei nhằm tưởng nhớ những đóng góp của ông.
Link tìm hiểu thêm về hệ thống GALILEO https://ungdungmoi.edu.vn/he-thong-dinh-vi-geolileo.html d Hệ thống định vị toàn cầu BEIDOU ( Trung Quốc )
Tên tiếng anh gọi là BeiDou Navigation Satellite System được viết tắt BDS, hay còn gọi là hệ thống định vị vệ tinh vệ tinh toàn cầu.
BEIDOU cũng giống như những hệ thống định vị khác của GNSS, chúng giúp người sử dụng có độ tin cậy và độ chính xác cao.
Hệ thống định vị BEIDOU, do Trung Quốc phát triển, đã mang lại bước tiến mạnh mẽ cho ngành công nghệ kỹ thuật nước này Sự ra đời của BEIDOU không chỉ nâng cao khả năng định vị mà còn cung cấp nhiều ứng dụng hữu ích cho cuộc sống hiện tại.
Link tìm hiểu thêm về hệ thống BEIDOU https://tracdiatap.com/p/he-thong-dinh-vi-toan-cau-beidou
Hệ thống thông tin di động vệ tinh GSM
Hình 7.6 Ví dụ tổng quan về hệ thống thông tin di động
Hệ thống thông tin di động toàn cầu (GSM) là công nghệ mạng di động phổ biến, phục vụ hơn 2 tỷ người tại 212 quốc gia và vùng lãnh thổ Với khả năng roaming giữa các mạng GSM, người dùng có thể sử dụng điện thoại di động của mình ở nhiều nơi trên thế giới.
Mạng điện thoại GSM áp dụng công nghệ TDMA (Time Division Multiple Access), cho phép 8 thiết bị di động chia sẻ một kênh để thực hiện cuộc gọi, với mỗi thiết bị sử dụng 1/8 khe thời gian để truyền và nhận dữ liệu Ngược lại, các mạng như Sphone và HTL sử dụng công nghệ CDMA.
Mạng thông tin di động công cộng mặt đất PLMN (Public Land Mobile Network) theo chuẩn GSM được chia thành 4 phân hệ chính sau:
Trạm di động MS (Mobile Station).
Phân hệ trạm gốc BSS (Base Station Subsystem).
Phân hệ chuyển mạch SS (Switching Subsystem).
Phân hệ khai thác và hỗ trợ (Operation and Support Subsystem).
For a comprehensive understanding of the global mobile information system, including its components and characteristics, visit the following resources: [BKAII](https://www.bkaii.com.vn/tin-tuc/303-he-thong-thong-tin-di-dong-toan-cau-mang-di-dong-gsm) and [123docz](https://123docz.net/document/2492819-he-thong-thong-tin-di-dong-toan-cau-gsm.htm) These links provide valuable insights into the GSM mobile communication system and its functionalities.
Mở rộng
Tổng quan về mạng VSAT – IP
Hệ thống VSAT - IP là một mạng thông tin vệ tinh băng rộng với cấu trúc hình sao, sử dụng kỹ thuật chuyển mạch gói Nó bao gồm ba thành phần chính: trạm cổng (Gateway), vệ tinh IPSTAR và các trạm thuê bao (User Terminal - UT) Dữ liệu từ trạm Gateway được truyền đến trạm UT qua phương thức ghép phân chia thời gian (TDM) kết hợp với kỹ thuật ghép kênh trực giao phân chia theo tần số (OFDM) trong hướng TOLL Ngược lại, dữ liệu từ UT đến Gateway sử dụng các kênh tốc độ thấp với phương pháp truyền dẫn tương tự và áp dụng kỹ thuật đa truy nhập ALOHA để điều khiển lưu lượng, cùng với các phương thức Slotted ALOHA và TDMA cho việc truyền tải dữ liệu trong hướng STAR.
Cấu trúc của hệ thống VSAT IP
các trạm thuê bao (User Terminal-UT).
Tuổi thọ hoạt động của vệ tinh iPSTAR lên đến 12 năm, với dung lượng băng thông lên tới 45 Gbps (25/20) cho cả tuyến lên và tuyến xuống Dung lượng này được tính toán dựa trên ăng-ten có kích thước 1,2m Vùng phủ sóng của vệ tinh iPSTAR trải rộng khắp khu vực châu Á - Thái Bình Dương, bao gồm nhiều búp phủ khác nhau.
+ 18 búp phủ hẹp băng Ka với dung lượng băng thông lớn nhất.
Sử dụng công nghệ vùng phủ sóng nhiều tia (spot beam) giúp tăng khả năng tái sử dụng tần số, mở rộng phổ tần làm việc và nâng cao dung lượng băng tần vệ tinh Với mật độ công suất tín hiệu rất cao (EIRP dbW), công nghệ này còn cho phép giảm kích thước ăng-ten trạm đầu cuối.
+ Sử dụng băng tần Ka cho tuyến Gateway – UT (Forward Link) Truy nhập TDM-OFDM, tốc độ tới 4 Mbps.
+ Sử dụng băng tần Ku cho tuyến UT – Gateway (Return Link) Truy nhập MF-TDMA, tốc độ tới 2 Mbps.
IPSTAR cung cấp 4 spot beam bao phủ toàn bộ lãnh thổ Việt Nam cùng với 1 broadcast beam, hoạt động trên băng tần Ka và Ku, với dung lượng thiết kế khoảng 2 Gbps cho cả hai chiều truyền tải lên và xuống.
Vùng phủ sóng của vệ tinh iPSTAR-1
Trạm cổng (Gateway)
3.1 Cấu hình của một trạm Gateway
Sơ đồ chức năng của một Trạm Gateway bao gồm:
Ăngten đường kính D = 8-11m cho cả trạm chính và trạm dự phòng
Khối thiết bị cao tần bao gồm các máy phát HPA, Up converter, LNA, Down converter, cùng với hệ thống điều khiển cho trạm Gateway chính và dự phòng, cũng như các thiết bị phụ trợ cao tần khác để thu phát tín hiệu.
Khối các thiết bị giao tiếp và xử lý tín hiệu băng gốc.
+ Core router : Thực hiện chức năng định tuyến các gói tin IP giữa các thiết bị mạng trong mạng iPSTAR.
+ TCPA : Tối ưu hóa tốc độ truyền dẫn TCP/IP thông qua vệ tinh
FLP đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển và quản lý lớp dịch vụ (CoS) cũng như chất lượng dịch vụ (QoS) và các chức năng TCPA Nó thực hiện việc lọc và sắp xếp dữ liệu theo thứ tự ưu tiên và lớp dịch vụ trước khi gửi đến TI Đồng thời, bản tin cước từ TI và SI cũng được hợp nhất tại đây và chuyển tiếp đến NMS và server tính cước.
Xử lý dữ liệu tuyến truyền dẫn Gateway-UT là một quy trình quan trọng, trong đó TI đóng gói dữ liệu theo định dạng khung đặc biệt trước khi chuyển đến Modem vệ tinh (Toll-Tx).
Hệ thống Toll-Tx nhận tín hiệu từ TI, sau đó thực hiện quá trình lượng tử hóa và mã hóa TPC điều chế Tiếp theo, dữ liệu từ 16 kênh được ghép kênh OFDM và chuyển đến hệ thống phát RF Hệ thống TI cung cấp thông tin về điều chế và mã hóa TPC của dữ liệu trong từng khe thời gian cho hệ thống Toll Tx.
+ STAR Rx : Xử lý tín hiệu nhận được từ các UT thông qua vệ tinh, đồng thời tiến hành giải điều chế và giải mã tín hiệu.
+ SI : Xử lý tín hiệu nhận được từ bộ thu STAR-Rx, chuyển đổi dữ liệu nhận được thành các gói IP và chuyển tới Core Router.
Hệ thống quản lý mạng (NMS/RRM) đóng vai trò quan trọng trong việc quản lý tài nguyên của trạm Gateway, cho phép người khai thác truy cập và điều khiển hiệu quả Nó bao gồm các chức năng như điều khiển truy cập, quản lý tài nguyên, cấu hình hệ thống, quản lý lỗi, khai thác và giám sát hoạt động, cũng như quản lý tài nguyên băng tần vệ tinh và phân bổ dung lượng cho các trạm UT.
Acounting server/Call Record server nhận dữ liệu từ NMS và lưu trữ tại cơ sở dữ liệu nội bộ để phục vụ cho mục đích tính cước.
Trạm Gateway được trang bị các đường truyền kết nối băng rộng với mạng Internet và trụ sở khách hàng, phục vụ mục đích cung cấp cho người sử dụng cuối truy cập mạng Internet băng rộng và mạng dùng riêng.
+ Content Server, VoD Server : cho ứng dụng cung cấp thông tin, chương trình TV theo yêu cầu.
+ CallManager Server: cho ứng dụng thoại, fax.
Ưu, nhược điểm của hệ thống iP STAR
Vệ tinh iPSTAR sử dụng vùng phủ sóng với nhiều tia (spot beams) để tối ưu hóa tần số, cho phép tái sử dụng tần số hiệu quả và tạo ra băng thông lớn hơn so với vệ tinh thông thường Kỹ thuật điều khiển công suất linh hoạt của iPSTAR phù hợp với điều kiện thời tiết, điều này không được áp dụng cho các vệ tinh truyền thống, từ đó nâng cao công suất cho từng spot beam.
Thiết bị mặt đất áp dụng kỹ thuật phân bổ đường truyền linh hoạt Dynamic Link Allocation, cho phép tự động điều chỉnh phương thức điều chế, mã hóa và tăng ích Nhờ đó, thiết bị này đã cải thiện đáng kể vấn đề suy hao tín hiệu do mưa, đảm bảo tính khả dụng cho từng trạm UT.
Tốc độ đường truyền cao.
Kích thước trạm đầu cuối nhỏ gọn (0.8m – 1.8m).
Tính cước, giám sát mạng, nâng cấp phần mềm hoạt động đều có thể thực hiện từ trạm Gateway.
Thông tin vệ tinh gặp nhược điểm do ảnh hưởng của thời tiết, đặc biệt là ở các băng tần Ka và Ku Khi có lượng mưa vượt quá 100mm/h, tín hiệu có thể bị gián đoạn, gây ảnh hưởng đến chất lượng truyền tải thông tin.
Thiết bị iPSTAR áp dụng nhiều kỹ thuật điều chế và mã hóa độc quyền, cho phép phân bổ đường truyền linh hoạt Công nghệ này giúp quản lý và khai thác hiệu quả các phần tử mạng tại trạm Gateway, do đó các thiết bị mặt đất hoàn toàn phụ thuộc vào nhà cung cấp iPSTAR, bao gồm cả trang thiết bị trạm Gateway và các UT.
CÁC DỊCH VỤ CỦA IP-VSAT
Hệ thống VSAT - IP cung cấp băng thông rộng cho nhiều ứng dụng khác nhau dựa trên giao thức IP, phục vụ cho cá nhân, công sở, xí nghiệp và các nhà cung cấp dịch vụ Internet (ISP).
5.1 Dịch vụ truy nhập Internet băng rộng
Hệ thống VSAT-IP mang đến dịch vụ băng rộng với tốc độ tải xuống lên tới 4 Mbps và tải lên đạt 2 Mbps Giải pháp mạng này được thiết kế để phục vụ nhu cầu của từng nhóm khách hàng cụ thể.
Mô hình dịch vụ truy nhập internet băng rộng
5.2 Dịch vụ thoại VoIP và Fax
Hệ thống VSAT-IP cung cấp dịch vụ thoại gồm 3 thành phần cơ bản Voice gateway, CallManager và thiết bị biến đổi IP-thoại analog (ATA).
Mô hình dịch vụ thoại VoIP và fax
Voice gateway thực hiện chức năng giao tiếp giữa mạng IP và mạng PSTN.
CallManager đóng vai trò quan trọng trong việc quản lý định tuyến cuộc gọi cả trong mạng nội bộ và giữa các mạng khác nhau Nó cũng thực hiện chức năng lưu trữ thông tin chi tiết về cuộc gọi, giúp phục vụ cho việc tính cước một cách hiệu quả.
Thiết bị ATA cung cấp giao diện kết nối với máy điện thoại thông thường hoặc kết nối với tổng đài PBX.