Nghiên ứu đánh giá kết quả ứng dụng hệ thống thông tin vệ tinh vsat tại việt nam

Giỏ trị này biểu thị lượng dữ liệu trong mạng.BER Bit Error Rate Tỷ số lỗi bớtBSP Baseband Signal Processor Bộ xử lý tớn hiệu băng cơ sở BW Bandwidth Độ rộng băng tần.CCM C-Band Conv

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

TS NGUYỄN TIẾN DUNG

HÀ NỘI - 2008

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT 3

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, BẢNG BIỂU 8

MỞ ĐẦU 10

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH 12

VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG 12

1.1 Giới thiệu chung 12

1.2 Phần không gian 15

1.2.1 Cấu trúc 15

1.2.2 Vai trò của trạm điều khiển 17

1.2.3 Phân hệ thông tin của vệ tinh 18

1.3 Phần mặt đất 20

1.4 Phân cực của sóng mang trên tuyến thông tin vệ tinh 22

1.5 Các dải tần số sử dụng trong thông tin vệ tinh 23

1.6 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng tuyến thông tin vệ tinh 24

1.6.1 Giới thiệu 24

1.6.2 Trạm mặt đất và các yếu tố liên quan 25

1.6.3 Các yếu tố liên quan đường xuống và trạm thu mặt đất 28

1.6.4 Tham số của bộ phát đáp hệ thống vệ tinh ảnh hưởng đến tuyến truyền 35

CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU TRUYỀN IP QUA VỆ TINH ĐỊA TĨNH 38

2.1 Giới thiệu 38

2.1.1 Phát quảng bá 39

2.1.2 Chất lượng dịch vụ 39

2.1.3 Thiết lập nhanh chóng 39

2.2 Kết nối TCP/IP qua vệ tinh địa tĩnh 39

2.3 Yếu tố đường truyền vệ tinh ảnh hưởng đến TCP/IP 41

2.3.1 Lỗi bít đường truyền 41

2.3.2 Tác động của trễ đường truyền 42

2.4 Các giải pháp cải tiến đảm bảo truyền IP qua vệ tinh địa tĩnh 46

2.4.1 Truyền không đối xứng và theo một hướng 47

2.4.2 Giải pháp tăng kích thước cửa sổ TCP 50

2.4.3 Kết nối TCP 52

2.4.4 Giao thức ứng dụng 55

2.5 Kết luận 56

CHƯƠNG 3: HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH BĂNG THÔNG RỘNG IPSTAR 58

3.1 Vệ tinh IPSTAR 58

3.2 Trạm cổng 60

3.2.1 Chức năng trạm cổng 60

3.2.2 Hoạt động của trạm gatewway 67

3.3 Giao tiếp không gian 67

3.3.1 Đường lên (từ trạm chủ đến trạm thuê bao) 67

3.3.2 Đường về (từ trạm thuê bao đến trạm chủ) 70

3.4 Thiết bị phía thuê bao (UT) 73

CHƯƠNG 4: CÁC ỨNG DỤNG CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH BĂNG RỘNG TẠI VIỆT NAM 75

4 1 Các Dịch vụ trong hệ thống VSAT - IP 75

4.1.1 Dịch vụ thoại 75

4.1.2 Dịch vụ truy cập Internet băng rộng 76

4.1.3 Dịch vụ IPSTAR GRE VPN 79

4.1.4 Dịch vụ IPSTAR Leased Circuit 80

4.1.5 Dịch vụ trung kế di động: (GSM Trunking) 80

4.1.6 Dịch vụ truyền hình hội nghị (Video Conference) 81

4.1.7 Dịch vụ đào tạo từ xa (I-Learn) 82

4.1.8 Dịch vụ IP2TV 83

4.2 Ưu nhược điểm của hệ thống VSAT IPSTAR 85

4.2.1 Ưu điểm của hệ thống thông tin vệ tinh băng rộng IPSTAR 85

4.2.2 Nhược điểm của hệ thống 86

4.3 Vệ tinh VINASAT và các ứng dụng 86

4.3.1 Giới thiệu về vệ tinh VINASAT 86

4.3.2 Các chỉ tiêu kỹ thuật của vệ tinh VINASAT-1 và các ứng dụng 87

KẾT LUẬN 88

TÀI LIỆU THAM KHẢO 89

PHỤ LỤC 91

DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

nhận đã nhận được gói tin có số thứ tự được chỉ rõ trong nội dung gói ACK này

Thông báo rõ lỗi tích luỹ khi truyền tải

Multiple Access

Đa truy nhập phân chia theo yêu cầu

Noise Density Ratio

Tỷ số năng lượng bit/Mật độ tạp âm

EIRP Equivalent Isotropic

Radiated Power

Công suất bức xạ đẳng hướng tương đương

Multiple Access

Đa truy nhập phân chia theo tần số

Module

Mạch giao diện fax

thông báo kết thúc kết nối

Processor

Bộ xử lý tuyến từ trạm chủ đến trạm con

Orbit

Quỹ đạo địa tĩnh Vệ tinh ở quỹ đạo này có chu kì quay xung quanh bằng chu kì tự quay của trái đất

phía thu có thể thông báo được chính xác tiêu đề của gói tin bị lỗi

Amplifier

Bộ khuyếch đại công suất cao

Protocol

Giao thức truyền dẫn siêu văn bản

Channel

Kênh kiểm soát vào

Module

Mạch chuyển đổi giao diện

MessageProtocol

Giao thức bản tin điều khiển Internet

IGMP Internet Group

Management Protocol

Giao thức quản lí nhóm Internet

Number

Số thứ tự khởi tạo giá trị này được phía phát TCP tạo ra và gán cho gói tin đầu tiên của kết nối

Module

Mạch đảo tần băng Ku

MODEM Modulater/Demodulater Bộ điều chế /Giải điều chế

System

Hệ thống điều hành mạng

Channel

Kênh kiểm soát ra

Division Multiplexing

Management

trên RTT và một số biến khác

thời gian từ thời điểm bit cuối cùng của gói tin rời khỏi phía phát cho tới thời điểm phía phát nhận được bit đầu tiên của gói tin xác nhận trong điều kiện mạng không có tắc nghẽn

Acknowlegement

Xác nhận có lựa chọn, khi sử dụng tuỳ chọn này phía thu có thể xác nhận được nhiều hơn một gói tin đã tới đích

Carrier

Đơn kênh trên sóng mang

TransportProtocol

Giao thức truyền tải điều khiển luồng

Bộ điều khiển theo chương trình

điểm khởi tạo kết nối để đồng bộ giữa phía phát và phía thu

tải các gói tin tới đích một cách tin cậy

Access

Đa truy nhập phân chia theo thời gian

Terminal

Trạm mặt đất dung lượng nhỏ

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 3.9 Các kiểu kênh STAR Link 71

MỞ ĐẦU

1 Cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài

Ngàynay ng với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ viễn thông, việc ra cùđời và lớn mạnh của thông tin vệ tinh là tất yếu để thay thế cho các hệ thống vô tuyến chuyển tiếp mặt đất Hệ thống thông tin vệ tinh có nhiều ưu điểm nổi bật so với các hệ thống vô tuyến chuyển tiếp mặt đất, thể hiện ở giá thành, khả năng quảng

bá và độ linh hoạt cao

Kỹ thuật thông tin vệ tinh bao gồm những công nghệ rất phức tạp bởi đặc điểm truyền dẫn của vệ tinh là có đường truyền rất xa và độ trễ lớn Điều này cũng đồng nghĩa với việc hệ thống vệ tinh sẽ phải chịu tổn hao môi trường, tạp âm, can nhiễu Các kỹ thuật thông tin vệ tinh thông dụng nhất như xử lý băng gốc, điều chế, khuếch đại công suất, đa truy nhập, bù tổn hao, chống lỗi …

Hệ thống VSAT (Verry Small Aperture Terminal) là một hệ thống thông tin

vệ tinh với các trạm đầu cuối có khẩu độ nhỏ, cung cấp các đường truyền số liệu và điện thoại số qua vệ tinh chỉ cần sử dụng các anten có đường kính tương đối nhỏ

Sự xuất hiện của nó không ảnh hưởng tới các mạng hiện có mà còn hỗ trợ để tăng tính linh hoạt cho mạng Nó cung cấp các tính năng ưu việt cho các khách hàng sử dụng

Ở Việt Nam, công nghệ thông tin vệ tinh đã được ứng dụng từ n m 1980 ă(Đài vệ tinh Hoa Sen 1), đến nay sau hơn 20 năm đổi mới phát triển, ngành Viễn thông Việt Nam đã thiết lập mạng thông tin tinhv ệ rộng lớn trên toàn quốc Xu thế

đa dịch vụ trong viễn thông đang phát triển với tốc độ cao, nhất là phát triển các ứng dụng trên nền IP ngày càng phát triển phù hợp xu thế hội tụ công nghệ thông tin và truyền thông

Ngày nay, dịch vụ đa dạng trên cơ sở hội tụ công nghệ thông tin và truyền thông là xu thế tất yếu của thế giới và ở Việt Nam đang được ứng dụng rộng rãi, việc dùng một hệ thống VSAT mới đa dịch vụ cho các vùng sâu, vùng xa và phục

vụ an ninh quốc phòng cũng như các nhu cầu sử dụng đặc biệt là rất cần thiết Do

đó việc nghiên cứu những vấn đề lý thuyết, thực nghiệm về mạng VSAT và các ứng dụng trong điều kiện Việt Nam hiện nay có ý nghĩa quan trọng đối với sự phát triển của ngành Bưu chính Viễn thông nói riêng và phát triển kinh tế xã hội Việt Nam nói chung Trước yêu cầu đó, đề tài “ Nghiên cứu đánh giá kết quả ứng dụng hệ thống thông tin vệ tinh VSAT tại Việt Nam” được lựa chọn để nghiên cứu vừa có ý nghĩa

về mặt lý luận, vừa có ý nghĩa về mặt thực tiễn cao

2 Nội dung của đề tài, các vấn đề cần giải quyết

Ngoài lời nói đầu, kết luận, mục lục, phụ lục và tài liệu tham khảo, đề tài được kết cấu thành 4 chương:

Chương 1: Tổng quan về hệ thống thông tin vệ tinh và các yếu tố ảnh hưởng

Trình bày tổng quan về hệ thống thông tin chuyển tiếp bằng vệ tinh địa tĩnh bao gồm cấu trúc trạm mặt đất và bộ phát đáp trên vệ tinh, các yếu tố bên ngoài ảnh hưởng đến chất lượng đường truyền qua vệ tinh và xu thế công nghệ

Chương 2: Phương thức truyền IP qua vệ tinh ịa tĩnh đ

Phân tích các ác phương thức k n c ết ối TCP/IP qua vệ tinh địa ĩnh t và y t ếu ốđườngtruyềnảnh hưởng đếnTCP/IP

Chương 3 : Hệ thống thông tin vệ tinh băng thông rộng IP- STAR

Trình bày tổng quan về hệ thống thông tin VSAT IP STAR băng rộng đa dịch

-vụ, các vấn đề liên quan đến v ệ tinh IP STAR, tr cổng gate- ạm way và trạm ầu đ

cu ối

Chương 4: Các ứng ụng ủa d c h ệ thống thông tin vệ tinh băng rộng tại Việt Nam

Chương này dành để phân tích c d các ị h vụ của h ệthống ôth ng tin băng thông

rộng được triển khai ại Việt Namt và các ưu nhược điểm

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH

VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG

1.1 Giới thiệu chung

Thông tin vô tuyến Radio Communication) bằng vệ tinh ra đời nhằm mục (

đích cải thiện các nhược điểm của mạng vô tuyến mặt , đượcđất đạt dunglượng cao

hơn, băng tần rộng hơn, đem lại cho kháchhàng nhiều dịch vụmớivà thuận tiện với

chi phí thấp

Nói tới một hệ thống thông tin vệ tinh, chúng ta phải kể đến ba ưu điểm nổi

bật của nó mà các mạng mặt đấtkhông có hoặc không hiệu quả bằng là: đó

- Khả năng quảng bá rộng lớn

- Có dải thông rộng

- Nhanh chóng và dễ dàng cấu hình lại khi cần thiết ví dụ khi bổ sung trạm ( mới hoặcthayđổithông số trạ cũm .)

Ta đã biết đối với mạngthông tin vô tuyến mặt đất hai trạm muốn thông tin

cho nhau thì các antenna của chúng phải nhìn thấy nhau Đó gọi là thông tin vô

tuyếntrong tầm nhìn thẳng (Line Of Sight - LOS) Tuy nhiên do trái đất có dạng

hình cầu cho nên khoảng cách giữa hai trạm sẽ bị hạn chế để đảm bảo cho các

antennacòntrôngthấynhau Đối với khả năng quảng bá cũng vậy, cáckhu vựctrên

mặt đất không còn nhìn thấy anttena của đài phát sẽ không thu được tín thể hiệu

nữa Trong trường hợp bắt buộc phải truyền tin xa, người đi ta có thể dùng phương

pháp nâng cao cột antenna, truyền sóng phản xạ tầng điện ly hoặc xây dựng các

trạm chuyển tiếp Trên thực người ta thấy tế rằng cả 3 phương pháp trên đều có

nhiều nhược điểm Việc nâng độ cao của cột antenna gặp rất nhiều khó khăn về

kinh phí và kỹ thuật mà hiệu quả thìkhôngcao ví dụ nếu ( cộtantenna có cao được

đến 1 km thì nó cũng không quảng bá quá 200 thể km trên mặt đất) Nếu truyền

sóng phản xạ tầng điện ly thì cần cócông suất phát rất lớn và bị ả nhhưởng rất mạnh

củamôitrường truyền dẫn nên chất lượng tuyến không cao Việc xây dựng các trạm

chuyển tiếp giữa hai trạm đầu cuối sẽ cải thiện được chất lượngtuyến, nâng cao độ tin cậy nhưng chi phí lắp đặt các trạm trungchuyển lại quácao và rất khôngthíchhợp khi có nhu cầu mởthêm tuyến mới Tóm lại, để có thể truyền tin đi xa người tamong muốn xây dựng được các antenna rất cao nhưng lại phải ổn định và vững chắc Sự ra đời của vệ tinhchính để thoảlà mãn nhu cầu đó Với vệ tinh, nguời ta

có thể truyền sóng đi rất xa và dễ dàng thông tin trên toàn cầu hơn bất cứ một hệ thống mạng nào khác Thông qua vệtinh INTELSAT, lần đầutiên hai trạm đối diệntrên hai bờ ĐạiTâyDương đã thông tin đượccho nhau Do có khả năng phủsóngrộng lớncho nên vệ tinh rất thích hợpcho các phương thức truyền tin điểmđến đa điểm, đa điểm đến đa điểm (cho dịch vụ quảng bá) hay đa điểm đến một điểm trung tâmHUB (cho dịch vụthuthập số liệu ) [1]

Bên cạnh khả năng phủ sóng rộng lớn, băng tần rộng của các hệ thống vệtinh rất thích hợp với các dịch vụ quảng bá hiện đại như truyềnhình số phân giải cao (HighDefinition - TV HDTV phát ), thanh số hay các dịch vụ ISDNthông quamột mạng mặt đất (Terrestrial Network) hoặc trực tiếp đến thuê bao Direct to ( Home - DTH) thông qua mạng VSAT Cuối cùng do sử dụng phương tiện truyền dẫn qua giaodiện vô tuyến cho nên một hệ thốngthông tin vệ tinh là lý tưởng rấtchokhả năng cấuhình lại nếu cần Cáccông việc triển khai trạm mới loại , bỏ trạm

cũ hoặcthayđổi tuyến đều có thực thể hiện dễ dàng, nhanh chóng với chi phí thực hiện tối thiểu

Tuy nhiên vệ tinh cũng có những , nhược điểmquan trọng đó là:

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

- Giá thành lắp đặt hệ thống cao, chi phí cho trạm mặt đất tố kém n

- Tuổi thọ thấp hơn các hệ thống mặt đất, khó bảo dưỡng, sửa chữa và nâng cấp

Các vệ tinh bay trongkhông giancách xa mặt đất năng , lượng chủ yếudùngcho các động cơ phản lực điều khiển là các loại nhiên liệu lỏng hoặc rắn được vệ tinh mang theotrên boong Lượng nhiên liệu dự trữnày không thể quá lớn vì khảnăng của các tên lửa đẩy có giới hạn, đồng thời nó sẽ làm cho kích thước vệ tinh

tăng lên đáng kể do phải tăng thể tích củathùng chứa Nếu như vệ tinh đã dùnghếtlượng nhiên liệu này thì ch úng ta không thể điều khiển vệ tinh được nữa tức làkhông còn duy trì được độ ổn định của tuyến Khi đó vệ tinh coi như đã hỏng vànhư thế nói chungtuổi thọ của vệ tinh thường thấphơn các thiết bị thông tin mặt đất khác Để làm cho vệ tinh hoạt động trở , người ta lại cần thu hồi vệ tinh để lạisửa chữa và tiếp thêm nhiên liệu Sau đó người ta phải phóng lại nó lên quỹ đạo Việc khôi phục các vệ tinh đã hết tuổi thọ này sức hết tốn kém và phức tạp nên trongthực tế, nói chungngườitathườngdùng phương háp p thay thế bằng một vệ tinhhoàn toànmới và ại lo bỏ vệtinh cũ đi

Một hệ thống vệ tinh có thể cung cấp rất nhiều loại hình dịch vụ khác nhau

và ngàycàng được phát triển đa dạng hơn Tuy nhiênnhìnchung thông tin vệ tinhđem lại ba lớp dịch vụ như sau:

- Trung chuyển các kênh thoại và các chương trình truyền hình Đây là sự đáp ứng cho các dịch vụ cơ bảnnhất đối với người sử dụng Nó thập các luồng thu

số liệu và phân phối tới các mạng mặt đất với một tỉ lệ hợp lí Ví dụcho lớp dịch vụnày là các hệ thống INTELSAT và EUTELSAT Các trạm mặt đất của chúngthường được trang bịantennađường kính từ15 ÷ m 30

- Cung cấp khả năng đa dịch vụ, thoại, số liệu cho những nhóm người sử dụngphân tách nhau về mặt địa lí Các nhóm sẽ chia mộtsẻ trạm mặt đất và truy nhập đến nó thông qua mạng Ví dụ cho lớp dịch vụ này là các thống vệhệ tinhTELECOM SBS EUTELSAT TELE 1, , 1, - X vàINTELSAT (cho mạngIBS) Các trạm mặt đất đâyở được trang bị antenna đường kính từ 3 ÷10m

- Kết nối các thiết bị đầu cuối có góc mở rất nhỏ VSAT) nhằm để truyền ( dẫn các luồng số liệudung lượng thấp và quảng bá các chương trình truyền hình, truyền thanh số Thông thường người dùng sẽ nối trực kết tiếp với trạm mặt có đấttrang bịantenna đường kính từ 0.6 ÷2.4m Các thuêbao động cũngdi nằm trong lớp dịch vụ này Tiêu biểu cho loại hình này là các hệ thống EQUATORIAL, INTELNEThoặcINTELSAT, Cácv.v dịch vụ củaVSAT hiện đã rấtphong phú

mà ta cú thể kể đến như cấp và tự động quản lý thẻ tớn dụng, thu thập và phõn tớch

số liệu, cung cấp dịch vụ thoại , nghị truyền hỡnh, hội

Hỡnh dưới đõy thể hiện cấu trỳc tổng quỏt của một hệ thống thụng tin vệ tinhtrong thực tế [2] Nú thể cú chia thành hai thành phần chớnh là phần khụng gian (Space Segment) và phần mặt đất Ground Segment ( )

phần k hô ng g ia n

Cá c má y t hu Cá c má y phá t

Tr ạ m điều

k hiển (t t &c )

Phần mặt đất

Tuyến xuống Tuyến lên

Hỡnh 1.1: Cấu trỳc một hệ thống thụng tin vệ tinh

1 2 Phần khụng gian

1.2.1 Cấu trỳc

Phầnkhụng gian là khỏi niệm chỉ để một phần của thốnghệ baogồm vệ tinh

và tất cảcỏc thiết bị trợgiỳpcho hoạt động của nú như cỏc trạm điều khiển vàtrungtõm giỏm sỏt vệtinh Tại cỏctrungtõm này cỏc hoạt độngbỏm , sỏt đo lường từ xa

và điều khiển ( &C - TT Tracking Telemetry and Command) sẽ đượcthựchiện nhằm

mục đích giữ cho vệ tinh cố định đồng thời, kiểm tra được các thông số hoạt độngcủa nó như nhiệt độ antenna, nguồn điện acquy, nhiên liệu,

Tuyến mà sóng vô tuyến được phát từ các trạm mặt đất đến antenna thu của

vệtinh được gọi là tuyến (lên Uplink) Ngược lại tuyến mà vệtinh phát tin cho các trạm mặt sẽ được gọiđất là tuyến xuống (Downlink) Để đánh giá chất lượng của tuyến người ta hay dùng đại lượng C/N là số tỉ giữacông suất sóng mang và côngsuất tạp âm ảnh hưởng đến sóng mang Tỉ số này trên toàn tuyến được quyết địnhbởi chất lượng tuyến lên của cả vàtuyến xuống, tương ứng với các điều kiện truyềndẫn riêng ở mỗituyến (như môitrườngtrung gian, kiểu điều chế, kiểu mã hóa, tính chất của thiết bị thu, )

Vệ tinh bao gồm một phần tải hữu ích (Payload và) một phần khung (Platform) Phần Payload gồm antenna và các thiết bị điện tử phục vụ cho truyềndẫn thông tin Phần Platform chứa các thiết bị bảo đảm cho hoạt động của phầnPayload như là giá đỡ, cung cấp nguồnđiện điều, khiển nhiệt độ, điều khiển hướng

và quỹ đạo, các thiết bị đẩy phảnlực, thùng hứa c nhiênliệu và các thiết bị &C TT

Tathấy rằngtrongquátrình hoạt động vệ tinh sẽ nhẹ dần đi do phảitiêu tốn nhiên liệu cho việc điều khiển Để cho vệ tinh không bị mất trọng tâm thì quá trìnhgiảmtrọng lượng phải luôn phân bố đều trên toàn bộ thể tích nó Do đó bao người của giờ

tacũng thiết kếsaochocácthùng chứanhiên liệu đối xứng với nhau qua trọng tâmcủa vệ tinh Thực nhữngtế thùng chứanhiênliệu nằm trong phần Platform chiếmphần lớn khối lượng và thể tích các của vệtinh [2]

Độ tin cậ củay phần không gian là một nhân tố quantrọng để đánh giá khả năng hoạt động của cả hệ thống Độ tin cậy vệ của tinhphụ thuộc vào chất lượng tất

cả các thiết bị của nó Khi một vệ tinh bị hỏng thì không chỉ có nghĩa là các thiết bị của nó bị hỏng mà có là thể do vệ tinh đã hết tuổi Một hệ thống có độ tin thọ cậycao khi nó có các biện pháp dự phòng tốt Trong các hệ thốngcao cấp cứ , một vệ tinhhoạt độngthì có một vệ tinh dựphòng sẵn sàng trênquỹ đạo và một vệ tinh dựphòng ở dưới mặt đất (trongkho)

1.2.2 Vai trũ của trạm điều khiển

Trờn lý thuyết, cỏc vệ tinh chuyển động với cỏc quỹ đạo cú hỡnh dạng là

đường trũn hoặc đường Ellipse nhưng trongthực tế cỏc quỹ đạo này khụng được hoàn toàn như lý thuyết do vệ tinh cũn phải chịu tỏc động của rất nhiều yếu tố khỏch quan như sự thay đổi ngẫu nhiờn lực hỳt của trỏi đất lực, hấp dẫn của cỏc hànhtinh lõn cận, Vỡ vậy ngay đối với vệtinh địa tĩnh thỡ vẫn luụn cú sự dao động xung quanh vị trớ cõn bằng của nú Thờm nữa quỹ đạo của chỳng cũn bịnghiờng (Inclined Orbit) Điều này dẫn đến trong hệ thống phải cú cỏc trạm điều khiển và

trong cỏc trạm mặt đất phảicú hệ thốngbỏm

75km

Trái Đất 0.1° 85km

75km

Quỹ đạo danh định của vệ tinh địa tĩnh

Đờng Xích Đạo Độ trợt vệ tinh: Bắc Nam (NS) Đông Tây (EW) Độ lệch tâm : 0.001 ±0.05° Hỡnh 1.2 : Cửa sổ giữ trạm đối với vệ tinh địa tĩnh

Sựdao động của vệ tinh địa tĩnh xung quanh vịtrớtương đối rừ ràng sẽ làm cho thời gian truyền dẫn giữa trạm và vệ tinh luụn bị thay đổi Đồng thời nú cũn gõy ra hiệu ứng Doppler đối với súng mang Tất cả những ảnh hưởngnày đều gõy nờn những khú khăn cho quỏ trỡnh truyền dẫn và đồng bộ của hệ thống nhất, là trong cỏc hệ thống truyền dẫn số (Digital Transmission Ngoài trạm điều ) ra khiển cũn cú chức năng giữ antenna thu phỏt của vệ tinh luụn hướng về vựng phủ súng trờn mặt đất Hoạt động của trạm điều khiển dựa trờn cơ sở cỏc thụng tin đo đạc nhận từ rất nhiều bộ cảm biến (sensor) đặttrờn vệtinh [2]

1.2.3 Phân hệ thông tin của vệ tinh

Trênmột vệ tinh thường cóhai phân hệ đó , làphân hệ thông tin gồm tất cả các thiết bị phục vụ cho việc truyền dẫn tức tin và phân hệ điều khiển cónhiệm vụ

đo lường các thông số làm việc và điều chỉnh lại các thông số này khi có lệnh từ mặt đất Cấu trúc củaphân hệ thông tin có thể được biểu diễn tổngquan bằng đồ sơkhối sau đây (Hình 1.3)

1.2.3.1 Bộ khuếch đại tạp âm thấp LNA

Trong sơ đồ trên LNA là bộ khuếc đại tạp âm thấp Low Noise Amplifier) h (được đặt ngay sau antenna thu ARx có nhiệm vụ khuếch đại biên độ điện áp tín hiệuthu với mức tạp âmký sinh rất nhỏ Bộ LNA của vệtinhthườnglà kiểu cólàm lạnh bằng Nitrogen lỏng hoặc hiệu ứng nhiệt điện Peltier Bộ LNA của vệ tinh cũng

giống với bộLNA của các ES

Hình 1.3: Phân hệ thông tin của vệ tinh

1.2.3.2 Bộ đổi ( tần FC Frequency Converter )

Sau khi đã được khuếch đại về biên độ, tín hiệu thuở tuyến lênsẽ được trộnvới một tần số chuẩn FLO được ra bộtạo bởi daođộng (OSC Ocsillator) đặt ngay -trên vệtinh Tần sốsinh raở đằng sau bộ trộn (MIX) là tổ hợp giữa tần sốtín hiệu ởtuyến lên FU và tần số ngoại sai FLO Do tần số sóng mangcủa tuyến lên bao giờ cũng cao hơn tuyến xuống cho nên đổi tần củabộ vệ tinh thường là bộ đổi tần

xuống (Down Convertor) Nguyên tắc của việc trộn tần là dựa vào đặc tính truyền đạtkhông tuyến tính các của thiết bị bán dẫn, ví dụ như một Diode, để sinh ra các tổhợp tần số mới hai số từ tần ở đầu vào ( FU và FLO) Nguyên tắc này có thể giải thíchmộtcáchđơn giản như [ ]: sau 10

- Giả sử tín hiệu đầu vào có dạng: )= Acos[(2πFUt) + φ I (t U]

và tín hiệu ngoại sai có dạng: LO ) = Bcos[(2πFLOt) + φ (t LO]

- Sau khi qu bộ trộn tín hiệu đầu ra sẽ là ) = LO ) a O(t I(t) (t

Dođó: ) = O(t ABcos[(2πFUt) + φU] cos[(2πFLOt) + φLO]

O(t) = (AB/2){cos[2π( FU + FLO + )t φU + φLO] + cos[2π( - FU FLO + )t φU - φLO]}

Như vậy tại đầu ra của bộ trộn ta có tín hiệu ) với biên độ AB/2 bao gồmhai thànhphần tần sốlà FU + FLO và | FU - FLO| Bằng cácbộ lọc ở đầu racủa bộđổi tần ta có thể chọn lấy một thành phần tần sốmà ta mong muốn Trong thông tin

vệtinh thường người ta chọn thành phần tần hiệu và số FLO lớn hơn FU Do đó ta

có =FD FLO FU Ví - dụ đối vớibăng C thìFU=6GHznên FLO phải bằng 10GHz

để FD=4GHz cũng nhậnTa thấy rằng khi chọn pha φLO củaLO )= 0 thì pha của(ttín hiệu sau khi qua bộ đổi tần sẽkhông đổi và bằng φ U nên nó không gây trở ngại cho các quátrình xửlí phía sau đặc biệt việc giải điều chế dịch là mứcpha PSK ( - PhaseShift Keying) Tóm lại nếu giả sử thành phần tín hiệu đầu vào ) I(t và thànhphần tín hiệu ngoại sai LO(t) có dạng nhưtrên thì tại đầu của ra tần ta bộ đổi sẽcótín hiệu O(t : O(t) = ) là Kcos[2π(FLO FU + - )t φU] (với φLO=0 và K=AB /2)

1.2.3.3 Bộ khuếch đại tiền công suất PPA và bộ phân chia HIBRID

Bộ khuếch đại tiền công suất PPA Prior ( Power Amplifier) có chức năng khuếch đại sơ bộ công suất tín hiệu đi ra bộ đổi mức đủ để có từ tần tới lớn thểphânchia cho các Transponder Việc phân chia này được thực hiện nhờ bộ HIBRIDgồm

có n đầura tương ứng với số Transponder của vệ tinh Công suất tạimỗi đầu của ra

bộHIBRID do nhỏđó hơn n lần sovới công suất tại đầu vào nó của

1.2.3.4 Các bộ phát đáp ( Transponder )

Băng tần rất rộng của vệ tinh được chia làm các băng nhỏ hơn ( ví dụ rộngkhoảng 40 MHz) Mỗi băngnày được phân phốicho mỗi bộ phát đáp của nó còn gọi là kênh vệ tinh Satellite Channel) Mỗi một kênh vệ ( tinh lại có thể mang rấtnhiều kênh số liệu và kênh thoại phụ thuộc vào nhà khai thác và người sử dụng Trênthực tế do phải có khoảng bảo vệ giữa các bộphát đáp chonên dải tần thực tế

mà các bộ phát đáp sử dụng thường nhỏ hơn (36 MHz) Các bộ phát đáp có vai trò như là các kênh chuyển tiếp thông tin Chúng làm việc trong những dải tần riêngnhờ các bộ lọc thông dải BPF đặt ngay tại đầu vào Sau khi xửlí bùnhư bù trễ, bù tần số tín hiệu trong mỗi bộ phát đáp sẽ được đưa qua bộ khuếch đại công suất cao HPA ở đầu ra để khuếch đại đủ lớn trước khi phát lại ở hướng xuống Bộ HPAcủamỗikênh vệtinh thường là loại đèn sóng chạy TWTA với dự phòngđộ 5:1 hiện vànay đã bắt đầu sử dụng loại HPA bán dẫn SSPA Dễ nhận thấy rằng trong trườnghợp hệ thống dùng thuật dkỹ sử ụng lại tần (Reuse) thì hình 1.3 số sơđồ mới chỉ là một nửaphân hệthông tin của vệtinh dành chomộtphân cực Nửa còn lại củaphâncực kia có sơ đồ tương tự

1 2.3.5 Bộ ghép công suất ( MUX )

Trước khi ra antenna phát ATx tín hiệu của cácTransponder ở các băng tầncon khác nhau phải được ghép lại với nhau Yêu cầu ghép phải đảm bảo làm saocho sự can nhiễu giữa các kênh vệ tinh là thấp nhất và mức công suất của chúngđồng đều nhau trong tín hiệu tổng hợp Có nhiều kỹ thuật được ứng dụng cho bộMUX mà trong đó có thể kể đến một thiết bị thông dụng là bộ CIRCULATOR

1.3 Phần mặt đất

Phần mặt đất bao gồm các tất cả trạm mặt đất ( - ES Earth Station) của hệthống Thông thường chúng được với thiết đầu nối bị cuối của người sử dụng thông quamột mạng mặt đất có dây hoặc không dây Trongmột số trường hợp chúng nốitrực tiếp với thiết bị của người sử dụng (VSAT) Các ES nối với người sử dụng qua mạng thường là các trạm lớn có dung lượng cao phục vụ nhiềukhách hàngmột lúc Ngược lại, các trạmVSAT là cáclại trạm nhỏ dung lượng thấp và chỉ phục vụ một

số lượng hạn chế người dùng Hiện nay các dịch vụ VSAT đang rất phổ biến vàphát triểnnên các trạm mặt đất VSAT được rất nhiều quan tâm nghiên cứu

Các trạm mặt đất thể có phân biệttheokích cỡ của chúng Kích cỡ này phụthuộcvào dunglượng truyền tải vàkiểu tin tức mỗi của trạm thoại truyền ( , hình hay

số liệu) Các trạm lớn nhất được trang bị antenna đường kính 30m như các ES tiêuchuẩn A của hệ thốngINTELSAT thế cũhệ Các trạm nhỏ nhất antenna có 0.6 chỉ

m ví dụ như các trạm thu truyền hình trực tiếp từ vệ tinh Nhìn chung do kỹ thuật ngàycàngpháttriểnnên kích cỡ của các ES ngàycàng nhỏ lại Ví dụ hiệnnay trạmchuẩn A của INTELSAT chỉ cần có antenna đường kính từ 15 đến 18m

Các trạm mặt đất thườngcó cả máy phát và máy thu đểtrao đổitin tức với vệtinh Một số trạm khác chỉ cómáythunhưtrong trường hợp trạmkhaithác các dịch

vụ quảng bá từ vệtinhhoặc là trạm phân phối các dịch truyền vụ hình và số liệu tới kháchhàng Hình 1.4 cho ta thấy cấu trúc tổng quan của một trạm mặt đất thôngdụng

Kỹ thuật về trạm mặt đất đặc biệt quan trọng cho những người khai thác hệthốngthông tin vệtinh bởi vì nó gắn liền với Các thông số của trạmhọ mặt , các đấttínhchấttín hiệu và các quátrình xửlí tín hiệu tại trạm mặt đấtnhưlàghép kênh, gâyméo trước giải , méo trước, nén giãn, mã hoá chống lỗi phân , , táncông suất bảo , mật (encryption), [2]

E°

TÝn hiÖu B¨ng gèc

Hình 1.4: Cấu trúc cơ bản của một trạm mặt đất

1.4 Phân cực của sóng ang m trên tuyến thông tin vệ tinh

Sóng điện từ bao giờ cũng có một thành phần điện trường và một thành phần

từ trường có hướng vuông góc nhau và vuông góc với phương truyền sóng Theo quy ước, phân cực của sóng được định nghĩa bởi hướng củavector cường độ điệntrường Nói chung hướng của điện trường không cố định và biên độ của nó cũng không phải là hằng số Khi truyền sóngđiện từ, đầu mút của vector cường độ điệntrường thường vạch ra một hình ellipse do đó gọi là phâncực ellipse [2]

Phân cực của són điện từ có 3 thông số cơ bản sau

- Hướngquay vector cường độ điện trường: theo tay phải hoặc theo tay trái ( tứclà cùng hoặc ngược chiều kim đồng hồ Clockwise or Counter Clockwise) -

- Tỉ số trục AR (Axial Ratio): AR=EMAX EMIN là tỉ số giữa trụ lớn và/ c trục nhỏ của ellipse phâncực Khi AR =1 hay 0 dB đường ellipse thành đường thì trởtròn và phân cực được gọi làphân cực tròn Khi AR= ∞ thì đường ellipse trở thành một đườngthẳng và phân cực được gọi là phân cực thẳng

- Khi dùng công nghệ truyền dẫn sử dụng lại tần số Reuse) thì người ta phải ( dùngđếnhaisóng mang có phân cực vuônggóc nhau vì lúc đó không thểphân biệtsóngmang qua tần số Hai sóng điện từ được gọi là vuông góc nhau khi chúng cócác ellipsephân cực vuông góc nhauhay độnghiêng τ của 2 ellipse lệch nhau 90°

Nhiều khi ở những tuyến gây xuyên cực lớn người ta phải sử dụng thêm sựphân biệt về chiều quay vector cường độ điện trường Một sóng mang quay theo tay phảicòn sóng mang vuông góc với nó quay theo tay trái Đặc biệt khi sử dụng phâncực tròn thì chỉ có thể phân biệt về chiều

mang có vector quay theo tay phải gọi là E

RHCP (Right Hand Circular Polarisation) và

sóng mang có vector quay theo tay trái gọi E

là LHCP Left Hand Circular Polarisation) (

đang được dùng rất phổ biến trong thông tin

vệ tinh, đặc biệt trong các thống dùng lại hệ

tần số

Haiphân cực thẳng gọilàvuông góc nhau khi có mộtphân cực hướngtheochiều thẳng đứng (Vertical), phân cực kia hướng theo chiều nằmngang Horizontal) (trongmột hệ quy chiếu nào đó

1 5 Các dải tần số sử dụng trong thông tin vệ tinh

Đểphân phối tần số người ta chia thế giới ra làm ba khuvực như sau:

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

- Khu vực 2: bao gồm các nước Châu Mỹ

- Khu vực 3: bao gồm các nước Châu trừ vùng Trung Đông, Nga và Châu Á Đại Dương

Tần số phân phối cho một dịch vụ nào đó có phụthể thuộc vào khu vực Trongmộtkhuvực một dịch vụ t có hể được dùngtoàn bộ băng tần củakhuvựcnàyhoặc phải chia với sẻ các dịch khác Các dịch vụvụ cố định sử dụngcác băng tần sau:

- Khoảng GHz cho tuyến lên và GHz cho tuyến xuống được gọi là băng 6 4 6/4 GHz hay băng Băng tần này được các hệ thống C cũ sử dụng, ví dụ như hệ

thốngINTELSAT, các thống địa củahệ nội Mỹ, và hiện nay đãcó xu hướng bãohòa

- Khoảng GHz cho tuyến lên và 7 GHz cho tuyến xuống được gọi là băng 8 8/7 GHz hay băng X Băng tần này được dànhriêng cho chính phủ sử dụng

- Khoảng 14GHz cho tuyến lên và 11 hoặc 12GHz cho tuyến xuống được gọi làbăng 14/12GHz - 14/11GHz hay băng Ku Băng tần này được các hệ thống mới hiện nay sử dụng dụ như hệ ví thống EUTELSAT, TELECOM I vàII, .v.v

- Khoảng30GHz cho tuyến lên và 20 KHz cho tuyến xuống được gọi là băng 30/20GHz hay băng Ka Băng tần này hiện nay mới chỉ sử dụng cho các hệ thốngcao cấp, cáccuộc thử ngh ệm i và dành cho tương lai

- Các băng tần cao hơn 30GHz hiện đang được nghiên cứu và chắc chắn sẽ đượcdùng rất phổ biến trong tương lai

Các dịch vụ di động dùng vệ tinh sử dụng băng tần khoảng 1.6GHz chotuyến lên và 1.5GHz cho tuyến xuống Băng này được tần gọilàbăng 1.6/1.5 GHz hay băng L

Các dịch vụ quảng bá qua vệ tinh chỉ tuyến có xuống và sử dụng băng tần vào khoảng12GHz

1 6 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng tuyến thông tin vệ tinh

1.6 .1 Giới thiệu

Mục đích của phân tích hệ thống đường truyền thông tin là nhằm đạt được kết quả cao một tín hiệu của khi nó được truyền từ một trạm này đến một trạm khác Bởi vì một đường truyền vệtinh tín hiệu sẽ bị suy yếu trong quá trình truyền do ảnh hưởng củakhông khí, nhiệt độ, tầng điện ly và độ nhiễu giữacungđoạn trái mặt đất

và vệ tinh Tuy nhiênnhìn chungthông số đườnglên, xuống vệ tinh là những ảnhhưởngchính Chúng xét ta đường truyền vệ tinh cơ bản được chia làm ba phần:

- Trạmphát mặt đất và các yếu tố liên quan với đường lên

- Hệ thống vệtinh

- Các yếu tố liên quan với đuờng xuống và trạm thu mặt đất

1 6 2 Trạm mặt đất và các yếu tố liên quan

1.6 2.1 Hệ số ăng ích anten t

Anten có nhiệm vụ định hướng hiệu tín từmáy phát tới vệ tinh với hiệu xuất cao nhất sau đó , tínhiệu được khuyếch đại rồiphát lại tới những trạm khác Nếu thunguồnnày không định hướng thì nó sẽ bức xạ phân tán

Để định hướng tín hiệu, ở anten có hệ tăng ích số đượctínhnhư sau:

Hệ số tăng ích 1m2anten với hiệu suất 100% là :

1 .2.2 6 Công suất phát xạ đẳng hướng tương đương EIRP ( )

Nguồn công xuất cao tần bức xạ trên một đơn v ịgóc cố định của anten vôhướng đượctính bằng: PT / 4π (W)

Đối vớianten định hướng, giá trị tăng ích của anten phát là GT thì công uấtphát xạ trên một đơn vị gócđượctính:

PT GT/ 4π (W)

Hệ số tăng ích anten GT ) ( là tham số chính, ảnh hưởng đến hiệu quả của việc

sử dụng nguồn năng lượng cao tần (RF) từmáy phát

Tích PT GTđược gọi là công xuất bức xạ đẳng hướng tương đương (EIRP)

Do vậyEIRP được hiểu như là hàm của hệ số tăng ích anten phát GT và công suấtphát PT của anten phát

Trong đó: PT làcông suất phát tính bằng W

GTlà hệ số tăng phát ích

EIRP phải đượcđiều chỉnh thậtchính xác bởi vì EIRP cao sẽ gây nhiễu sóng mang phụ cận, còn nếu EIRP thấp sẽ cho chất lượng tín hiệu kém đi

1 6 2.3 Suy hao truyền dẫn và suy hao không gian tự do

Nếu một anten đẳng hướng phát xạcông suất PT, nguồn hiệu tín sẽ phân bổ theohình cầu trong đóanten là tâm Mật độ công xuất bức xạ ở khoảng cách R sovới điểm truyền dẫn đư ợcxác địnhtheophươngtrình sau :

Hình 1.6: Anten vô hướng

Công xuất bức xạ trên một đơn

vị góc cố định (unit solid angle): PT/4π

P

Kho¶ng c¸ch R

Hệ số bức xạ tại vùng diện tích A khoảng cách R: A/R2

Khi anten thu nhận” tín hiệu, số lượng tín hiệu nhận được sẽ phụ thuộc vào ” kích cỡ của anten

Công suất đầuthu sẽ : là

1.6 2.4 Khoảng cách từ vệ tinh tới trạm mặt đất

Khoảngcách từ R vệ tinh tới trạm mặt có tính : đất thể

Trong đó: r: Bánkính quỹ đạo trái đất (6,378.14 ) km

S: Bán kính vệ tinh quỹ đạo đồng bộ địa tĩnh (42,164.57km)

Với tần số trong khoảng 1Ghz đến 10Ghz thìkhoảng suy hao kết hợp giữa mưa và tầng điện li là không đáng kể Tần số càng cao ( hơn10Ghz) thì sự suy lớnhao do mưacàng lớn

1 6 .3 Các yếu ố liên t quan đường xuống và trạm thu mặt đất

1.6 G/T 3.1 Trị số ( Đặc trưng độ nhạy máy thu )

Trong các hệ thống truyền dẫn, nhiễu là ảnh hưởng lớn nhất đối với chấtlượng của đường truyền G/T dB/K đượcxem như là độ phẩm chất cho hệ thống thu

Vệ tinh thông tin yêu cầu giá G/T cụ cho các tiêutrị thể chuẩn trạm mặt được đấtđưa ra trong tiêu chuẩn IESS Điều này cũng có nghĩa là các trạmkhông gian cầncung cấp nhữngthông số G/T cần thiếtcho trạm mặt đất Vệ tinh thông tin sẽ cungcấp đầy đủ yêu kỹ thuật đểcầu đáp ứng những tính mọi đặc của dịch vụ

1.6.3 2 Nhiệt tạp âm

Là tạpâm dochuyển động hỗn loạn của các điện tích gây ra Mặc dù tạpâmtrongthông tinvệtinh do nhiều nguồn tạo ranhưngcông suất của nó rất nhỏ Nhiệt tạp âm dùnglàm đơn vị thuận tiện để biểu thị công suất nhiệt tạp âm theo T côngthức:

Te Là: nhiệt tạp tương đương nơi thu Te = ( 1) 0 (1.16)

F: số nhiễu trong 1 đơn vị

T0: Nhiệt độ tuyệt đối(290 Kelvin)

1.6.3 3 Nhiệt hệ thống

Nhiệt tạp âm hệ thống của một trạm mặt đất bao gồm: Nhiệt tạp âm đầu thu, nhiệt tạp âm của anten (Tant kể feed, ống ), cả dẫn sóng và nhiễu bầu trời đều tácdộng đến thống thu của anten hệ

Trong đó: L: Hệ số suyhao feed

Tan : Nhiệt tạp âm anten phát

Phươngtrình này cho thấy feed và ống dẫn sóng có ảnh hưởng rất lớn đến hệ thống nhiệt tạp âm

1.6.3 4 Tính tỷ số G/T

Sau tất cả tínhtoántrêncho thấy dễ dàng tínhđược:

Khi g hệ số tăn ích anten là tần số độc lập thì G/T phải đơn giảnhoá tần số đã biết (thường là 4 hoặc 11 Ghz) bằng cách áp dụng phương trình (1.18) 20*logf/f0 (f0 là4 hoặc 11 Ghz ở đây f tần ) là số đo bằngGhz

1.6 3.5 Tỷ số sóng mang trên nhiễu

Một trong những thôn số tính toáng một đường truyền là công suất sóngmang thu được trên công suất tổng nhiễu đầu thu (C/N) được định nghĩa là :

1.6 3.6 Phân bổ nhiễu khác ( Other noise contribution )

Đểtính được tổng độ nhiễu của đường truyền và từ đó có thể tính được chất lượng đường truyền T hì tất cảphân bổ độ nhiễu ởcác nguồn khác nhauphải được tính đến

Ví dụ nhiễuxuyên điều chế Intermodulation noise) ở HPA THPAIM) của ( (C/trạm mặt , ở khuyếch đầu ra vệ tinhđất đại của (C/TSATIM nhiễu do ), phân cực hoá tín hiệu trong các mạng giốngnhau (C/TCo) và nhiễu do vệ tinh (C/Tup cũng ) như

độ nhiễu do đường xuốngtrạm (C/thu TDOWN) Thông tinvệ tinh được đưa ra từ bảngIESS410 và những thông tin nàyđược đổi sang C/T bằng các cách:

- Độ nhiễu xuyên điều chế Intermodulation noise) trong bộ khuyếch đại ( công suất vệ tinh:

Thông tin trong bảng IESS410 chomọi bức xạ vệ tinh giá trị này được đưa

ởdB/4Khz để chuyển đổi , sang C/T chúng ta có dùng công thức:

C/TSATIM = EIRPSAT - ( giá trị SATIM) + 10log Khz - 228.6 dBW/K 4(1.25)

Trong đó: EIRPSAT EIRP = sóng mang giá trị SATIM: là giá trị nhiễu xuyênđiều chế tạo ra ở bộ phátđáp vệtinh

- Nhiễuxuyên đều chế từ các tín hiệu phân cực trực giao :

Thông tin về độ nhiễu hợp kênh được đưa ra ở bảng IESS410 cho mọi bức

xạ vệ tinh Giá trị này đưa ra tỷ số sóng mang trên nhiễu (C/I) dB

Do đó để chuyển đổi sang C/T taphải sử dụng:

C/TCo = IdB + 10log BW chiếm trong sóng mang) 228.6 db 1.26) C/ ( - (

Ở đây BW chiếm trong sóng mang xác định sóng mang cần tính toán

- Nhiễu xuyên đều chế trong HPA trạm mặt đất

Giá trị này được chuyển đổi nếu độ lùi HPA thấp hơn 7 dB trong bộ hoạt động đa sóng mang multicarrier operation) (

Ở đâytiêu chuẩnIESSphảiđápứng:

EIRPIM 4Khz= EIRPIM 10log IM băng tần Khz - ( 4 ) 1.27)(

C/TIM E/S = EIRP( sóng mang đã kiểm ) tra- EIRPIM4Khz+ 10log Khz 228.6dB 1.28) 4 - (Trong đó: EIRPIM là EIRP nhiễu xuyên điều chế đã điều chỉnh ở đầu ra HPA EIRPIM4Khz: EIRP nhiễu xuyê điều chế được đổi sang độ rộng băng tần Khzn 4

Ví dụ: tính EIRP IM: Với EIRP sóng mang = 63.9 dBW

Mức IM cao = 38.9dBW băng tần 2ở MHz

Sử dụng phươngtrình 27) ta có (1 :

EIRPIM 4Khz= 38.9 dBW - 10log(2M Khz) /4 = 38.9 dBW - 27.0 dB

Sử dụng phương trình (1.28) ta có :

C/TIM E/S= 63.9dBW 11.9dBW/4Khz + 36dB 228.6dB - -

C/TIM E/S - = 140.6 dBW/K

- Can nhiễu với đường thông tin viba trên mặt đất

Có hai trường hợp một đường thông tin viba trên mặt đất can nhiễu với một

hệ thống thông tin vệtinh

+ Trường hợp 1: Đường thông tin viba mặt đất có cùng tần số làmviệc với đường lên của hệ thống thông tin vệ tinh, bởi vậy tín hiệu viba mặt đất được trộn với tín hiệu đầu vàomáythu vệ tinh

+ Trườnghợp 2: Hai đường thông tin mặt đất có tần số bằng tần sốđường xuống của hệ thống thông tin vệ tinh, bởi vậy đầu ở vào máy thu trạm mặt đất cũng bị trộn với tín hiệu của đường thông tin vibamặt đất

Trong trường hợp đầu anten của đường thông tin mặt đất được điều khiểnsao cho không hướng vào quỹ đạo vệ tinh đị tĩnh, như a vậy can nhiễu được giảmnhỏ ở trường hợp sau, có thể khả có năng phát sinh can nhiễu mạnh lên hệ thốngthông tin vệ tinh, phụ thuộc vào vị trí các trạm mặt đất

Ở trên đề cập đến cannhiễu của đường thông tin viba mặt đất hệ thống vớithông n ti vệ tinh Ngược lại, can nhiễu giữa hệ thống thông tin vệ tinh với đườngvibatrên mặt đất cũng là một vấn đề Đặc biệt làkhi máyphát của trạm mặt đất làmviệc ở cùngtần số với đường thông tin viba mặt , có khả năng một tín đất hiệu can nhiễu mạnh sẽ tr lẫnộn với tín hiệu đường thông tin mặt đất

- Sự can nhiễu với vệ tinh bên cạnh :

Hình vẽ dưới đâycho ta thấy can nhiễu xảy ra giữa các hệ thống thông tin vệtinh Nếuchúng ta xem xét tín hiệu can nhiễu từ hệ thống vệ tinh 1 lênhệ thống vệ tinh 2, can nhiễu xảy ra nếu bức xạ cách trục chính θ từ trạmmặt đất 2 chiếu vào vệtinh 1 và anten thu của vệ tinh 1 cũng nhạy cảm với hướng trạm mặt đất 2 trênđường lên

Trong khi đó đường xuống can nhiễu xảy ra khi anten phát của vệ tinh 2 cũng chiếu vào trạm mặt đất 1 và anten thu của trạm mặt 1 đất cũng thu được ởhướng của vệ tinh 2

Công suất củasóngcan nhiễu giảm khi góctăng và hệ số tăng ích của antentrạm mặt đất giảm Tỷ số công suấtcủa sóng hữu ích trênsóng can nhiễu giữa các

hệ thống thông tin h vệtin trong thực tế có 30dB (1000thể đạt lần) hoặc lớn hơn khi hai vệ tinh đặt cáchnhau khoảng 20trên quỹ đạo, ngay cả nếu các anten của chúng cùng chiếuvào một vị trí [2]

- Tạp âm

Tạp âm được hiểu là tín hiệukhông mong muốn có trong luồng tín hiệu thu

về, tạp âm làm giảm chất lượngthông tin, ví nhưdụ tạp âm làmgiảm tỷ sốtín hiệu trên nhiễu S/N, hoặc làm giảm tỷ số sóng mang trên tạp âm, tăng hiệu tín lỗi bítđường truyền Trên thực đối vớitế các hệ thông tinkhác thìtạp âm thường r nhỏ ất

so vớitín hiệu hữu ích, nhưng trên tuyếnthông tin vệ tinh, tín hiệu hữu ích thu được thường rất nhỏ, trong khi đó tạp âm thì do khoảng lại rất lớn cách truyền của thông tin rất (dài khoảng cách 37000km Tạp ) âm còn được góp nhặt bởi anten từ môi

θθ

§êng tÝn hiÖu mong muèn

§êng tÝn hiÖu can nhiÔu

Hình 1.8: Can nhiễu giữa các hệ thống thông tin vệ tinh.

trường truyềnsóng suy, hao do mưa Tín hiệu thu về xem như bị chìm trong tạp âm

Vì thếnghiên cứu tạp âm là một vấn đề rất quan trọng không thể thiếu trong thông tin vệtinh

+ Tạp âm vũ trụ: Tạp âm vũ trụ hình thành donhiễu bức xạcao tần từ các dảingâ hàn , phát xạ của mặt trăng, tác động mạnh ở dải tần dưới 10GHz

+ Tạp âm khí quyển: Ôxy, ni tơ, hơi nước, sương mù, có trongkhíquyển hấpthụ năng lượng sóng điện từ có sốtần xấp xỉ bằng sốtần daođộngcủa các phần tửkhí nói trênkhisóng điện từ truyền quanó, chính sự hấp thụ này làm cho sóngđiện

từ bị suy yếu và âm cũng đi tạp sinh ra đó từ Trong thông vệ tinh 1 tin dải tần từđến10Ghz khi góc ngẩng của anten dưới 5 o thì mức suy hao do ảnh hưởng tầng đối lưu sẽ nhỏ hơn 1,5 dB Suy hao do mây mù và khoảng 1 o dB trong 4-6dải tần Ghz(băng C) và suy hao khoảng dB trong 3 dải tần 7Ghz và nhỏ hơn dB ở dải tần 6 10Ghz

+ Tạp âm do mưa : Sóngđiện từ không những bịsuy hao do mưa mà còn cộng thêm tạp âm sinh ra do các bức xạ siêu cao của mưa, thêm vào nhiệt đó độnước mưa cũng là nguồn tạp âm nhiệt Có thể nói trong các nguồn tạp âm trongthông tin vệ tinh thì tạp âm do mưa sinh ra cần phải lưu nhất ý Do đó trong tínhtoán tuyến truyền thông tin vệtinh, để đảm bảo chất lượngthông tinngười taphải

có tínhtoán đến sự dự trữchomưa và đây cũnglàmộtbài toán rất phức tạp

+ Tạp âm trái đất: Mặt đất phản xạ sóng điện từ đối với các búp sóng phụ của anten trạm mặt , các đất búp sóng phụ này gây ra âm tạp ảnh hưởng trực tiếp từ mặt đất và tạp âm khí quyển phản xạ từ từmặt đất Nhiệt độ tạp âm do ảnh hưởng của trái trong khoảng từ 3-đất 25°K

+ Tạp âm nhiệt: Tạp âm sinh ra do hoạt động ngẫunhiêncủa các điên tử tự

do của các vật dẫn điện, khi chuyển động các điện tử này va chạm với cácnguyên

tử và sinh ra p âm tạ nhiệt Mặc, dù khi các vật dẫn hở mạch, các điện tử chuyển động hỗn loạn vẫn sinh ra tạp âm nhiệt

1 6 .4 Tham số của bộ phát đáp hệ thống vệ tinh ảnh hưởng đến tuyến truyền

Khi phân tích đường truyền cho vệ tinh ta phải tính đường truyền cho tuyến

lên, tuyến xu

ống và tại hệ thống vệ tinh Tính toán đường truyền tại hệ thống vệ tinhchủyếu là ở bộphátđáp, thu nhận đường truyền tuyến lên rồiphátđáp xuống trạm thu bằng phương tiện đường xuống

Bộ phát đáp vệ tinh thực hiện chức năng phát tín h lại iệu điện từ Chúng nhận tín hiệu từ trạm phát sau đó khuyếch đại, tần rồi truyền lại trạmđổi thu mặt đất Nguồn vệ tinh được chia từ ranhiều trạm mặt với những chuẩn khác nhauđất(A, B, C, D, E Fvà ) và theo đó là những vệ tinh khác nhau Với độ rộng băng tần 51.2 Khz (cho sóng mang 64kbit với/s 3/4 FEC) cho một bộphátđáp

Theo độ rộng băng tần, cácthông số đượcchia ra là :

A Mật độ bão hoà dBW( /m2)

B Tỷ G/T số nhận dB/ ( K)

C EIRP bão hoà ( dBW)

Mật độ bão hoà là tổng mật độ phát ra ở nguồn chuyển vệ tinh từ tới trạmphátmặt đất, nơi phát ra EIRP bão hoà tới vệtinh

1 6 4.1 Điểm hoạt động của bộ phát đáp

Vì khuyếch đại công suất đầu ra bộ phát đáp phải là bộ tuyến tính Nó phải được hoạt động như điểm bão hoà để tránh biến dạng phi tuyến Do vậy đầu vào và

độ lùi đầu (ra input and output back off) phải đạt được điểm Đây là một sự lãng phínguồn có sẵntrong TWTA chính Hai phươngpháp sử dụng để tối thiểu hoá nguồn lãng phí do độ lùi đầu vào back off) ( Phươngpháp một làsử dụng SSPA như làkhuyếch đại nguồn ra Phương pháp hai làkhi ápdụng nguồn cao cần phải sử dụng các TWTA Nhưng khi sử dụng TWTA thì cần phải sử dụng đến hiệu chỉnh đườngnét haiCả đều tăng đặc trưng hệphát đáp IM

Độ lùi đầu vào IBO input backoff) là tỷ ( số của mật độ thông lượng hoạt động của sóng mang đưa đến

Độ lùi đầu ra OBO (output backoff) là tỉ số của EIRP bãohoàtrênEIRP hoạt động của sóng mang đưa đến

Độ lùi đầu ra bãohoà được tính theo:

Trong đó: làX tỷ số nén hệ số tăng ích giữa độ lùi đầu ra và đầu vào Giá trị này khác với một sóng mang đơn và đa sóng mang hoạt động Giá trị này lấy ởchuẩn IESS410

X= 1.8 dB cho 1 SSPA trong INTELSAT VII HEM ZONE /

( và trong một số trường hợp của INTELSAT VI )

X= 1.7 dB cho 1 LTWTAtrong INTELSAT VII ku -A sport

1 6 4.2 EIRP hoạt động của bộ phát đáp

EIRP vệtinh hoạt động (EIRPop) được tính theo phương trình

1.6 4.3 Mật độ thông lượn công suất vệ tinh ở bề g mặt trái đất

Thế nhiễu tạo ra bởi một vệ tinh phát và hạn chế hoá mật tối đa độ thônglượng công suất đưa ra ở một vệsố tinh tại mặt bề trái đất Việc hạn chế vùng này

sẽ thay đổi được chức năng của góc mở Bảng dưới đây cho thấy mật thông độlượng công suất (PAD) giới hạn ở bề mặt trái đất như là hàmcủagóc mở và được xét ở độ rộng băng tần 4Khz

Ở mọi trường hợp có thể đánh giá được bằng cách áp dụngcôngthức:

Trong đó: W: Cường độ bức xạtính cho đường xuống

B: Độ rộng băng tần chiếm trong sóng mang

Băng tần Mật độthônglượngcông suất đa (tối dBW/m2)

(Ghz) 0< δ < 5 5< δ < 25 25< δ < 90 Băng chuẩn

8.025 - 11.7 - 150 -150+0.5 δ- ( 5) -140 4Khz

Việc thiết ập tuyến th ng tin vệ tinh cần phải xem xét đến ác ếu ố ảnh l ô c y t

hưởng, những ấn đề li n quan đến chất ượng, băng th ng v đ ều kiện àm việc v ê l ô à i l

Hệ thống VSAT (Verry Small Apecture Terminal) là một hệ thống thông tin

vệ tinh với các trạm ầu cuối có khẩu ộ nhỏ, cung cấp các đ đ đường truyền số liệu và

điện thoại số qua vệ tinh chỉ cần sử dụng các ăng ten có đường kính tương đối nhỏ

CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU TRUYỀN IP QUA VỆ T INH ĐỊA

chờ hoặc theo một cách nào đó ví dụ kiểu dịch vụ ToS (Type of Service) Khi khoảng cách giữa nguồn dữ liệu và đích đến tăng lên, nghĩa là gói dữ liệu IP phải truyền qua nhiều điểm định tuyến, cuộc nối ảo và khả năng nghẽn có cơ hội xảy ra [7]

Để loại bỏ hiện tượng đó người ta dùng đường truyền vệ tinh địa tĩnh với khoảng cách 36000 km để cung cấp đường truy cập trực tiếp, liên tục từ vệ tinh tới một vùng rộng lớn trên bề mặt trái đất tuỳ theo loại chùm tia phủ sóng Chùm tia phủ sóng của vệ tinh truyền đưa dữ liệu trên nền IP chỉ qua một bước nhảy (tối thiểu hoá điểm định tuyến) tới một hay nhiều vị trí trong cùng vùng phủ của chùm tia vệ tinh [10], [24]

Khi sử dụng mạng mặt đất không cho phép cung cấp cuộc nối IP từ một điểm đến nhiều điểm Muốn chuyển lưu lượng từ một điểm đến nhiều điểm trong các mạng mặt đất yêu cầu phải truyền đưa cùng một lúc một loại dữ liệu đến nhiều máy chủ dọc theo cây truyền dẫn và tái tạo lại khối dữ liệu IP Tóm lại, các bộ định tuyến phải liên tục kiểm tra từng máy chủ thành phần trên mạng để không tái tạo lại các khối dữ liệu IP không cần thiết và chuyển các khối dữ liệu IP cần thiết đến các máy chủ [7 ]

2 1.1 Phát quảng bá

So với mạng mặt đất, dữ liệu truyền trên nền IP qua vệ tinh địa tĩnh có thể phát quảng bá từ một điểm đến nhiều điểm (nằm trong một vùng phủ sóng của chùm tia vệ tinh) chỉ với một bước nhảy, đó là ưu điểm cơ bản của hệ thống thông tin vệ tinh so với mạng mặt đất Bằng việc truyền đưa dữ liệu trên nền IP từ một điểm tới nhiều điểm qua vệ tinh, không còn phải sử dụng thuật toán định tuyến phức tạp và việc điều khiển cấu trúc cây truyền dẫn trở thành rất đơn giản [10], [24]

2 1.2 Chất lượng dịch vụ

Các ứng dụng như hội nghị truyền hình, luồng hình ảnh và âm thanh, hoặc điện thoại trên nền IP (VoIP) vấp phải khó khăn về điều hành khi truyền qua mạng Internet trên mặt đất Các cuộc nối IP trên cự ly dài làm cho các khối dữ liệu IP phải

đi qua nhiều tuyến để đến địa chỉ nhận với nhiều Jitter, giảm chất lượng hoặc thậm chí mất hẳn Các tuyến phục vụ nằm giữa nguồn dữ liệu và đích có thể giải quyết vấn đề thời gian của cuộc nối nhưng lại giảm băng thông chia sẻ giữa các ứng dụng Một sự phát triển kỹ thuật ứng dụng thực tế hơn đó là mạng điều hành đích đến ích đtruyền đưa IP bằng các đường truyền vệ tinh địa tĩnh [10], [24 ]

2 1.3 Thiết lập nhanh chóng

Các nhà cung cấp dịch vụ có thể nhanh chóng tổ chức các đường truyền vệ tinh so với việc dàn xếp để thuê kênh riêng đến một địa chỉ ấn định Việc lắp đặt thiết bị đầu cuối và đưa vào khai thác chỉ trong vòng vài giờ đồng hồ, một trạm mặt đất thông tin vệ tinh cỡ trung bình chỉ cần vài ngày là lắp đặt xong Tất cả những điều đó làm cho các vệ tinh trở thành giải pháp lý tưởng để thiết lập liên lạc đến những nơi xa xôi hay trong những lúc thiên tai hay thảm hoạ xảy ra [10], [24]

2.2 Kết nối TCP/IP qua vệ tinh địa tĩnh

Mô hình đường truyền TCP/IP qua vệ tinh được mô tả trên hình 2.1 Kết nối được tính từ các đoạn truyền dẫn trên mặt đất T từ Người gửi TCP qua