ĐỒ án THÔNG TIN và TRUYỀN HÌNH vệ TINH

ĐỒ án THÔNG TIN và TRUYỀN HÌNH vệ TINH ,ĐỒ án THÔNG TIN và TRUYỀN HÌNH vệ TINH ,ĐỒ án THÔNG TIN và TRUYỀN HÌNH vệ TINH ,ĐỒ án THÔNG TIN và TRUYỀN HÌNH vệ TINH ,ĐỒ án THÔNG TIN và TRUYỀN HÌNH vệ TINH ĐỒ án THÔNG TIN và TRUYỀN HÌNH vệ TINH ,ĐỒ án THÔNG TIN và TRUYỀN HÌNH vệ TINH ,ĐỒ án THÔNG TIN và TRUYỀN HÌNH vệ TINH ,ĐỒ án THÔNG TIN và TRUYỀN HÌNH vệ TINH ,ĐỒ án THÔNG TIN và TRUYỀN HÌNH vệ TINH

Lời nói đầu Trong quân sự cũng nh trong nền kinh tế quốc dân, thông tin giữ một vai trò hết sức quan trọng, nó là đòn bẩy thúc đẩy sự phát triển của đất nớc trên tất cả các lĩnh vực: kinh tế, chính trị, văn hoá Và đặc biệt, khi xã hội bùng nổ thông tin nh hiện nay thì việc làm chủ thông tin, có một hệ thống thông tin hiện đại là nhu cầu cấp bách của nhiều quốc gia. Cũng nh hệ thống thông tin cáp quang thì hệ thống thông tin vệ tinh mới đ- ợc xây dựng và phát triển. Trong những năm 50, ngời ta mới nghiên cứu đến thông tin vệ tinh và đến năm 1967 mới bắt đầu đa vào khai thác. Tuy nhiên, nó đã thể hiện nhiều tính u việt, khẳng định tính vợt trội hơn các loại hình thông tin khác. Đặc biệt là bắt đầu từ những năm 80, các dịch vụ thông tin vệ tinh đợc khai thác mạnh mẽ với hiệu quả cao, thể hiện tính phát triển tất yếu của mỗi quốc gia. Trong xu thế phát triển của vệ tinh thông tin nêu trên thì việc nghiên cứu học tập để có một kiến thức sâu rộng về thông tin vệ tinh là rất cần thiết. Qua quá trình học tập tại Học viện kĩ thuật quân sự, đợc các thầy giáo truyền thụ nhiều kiến thức bổ ích và quý báu, làm hành trang để trở thành ngời sĩ quan trong Quân đội nhân dân Việt Nam, xuất phát từ sự quan tâm của cá nhân, cùng với sự hớng dẫn và khích lệ tận tình của thầy giáo Lê Tân Phơng, tôi mạnh dạn chọn đồ án tốt nghiệp với đề tài thông tin và truyền hình vệ tinh và có bố cục nh sau: Chơng I: Tổng quan về hệ thống thông tin vệ tinh. Chơng II: Điều chế, ghép kênh và đa truy nhập trong thông tin vệ tinh. Chơng III: Bài toán năng lợng trong đờng truyền thông tin vệ tinh. Chơng IV: Truyền hình vệ tinh. Do thời gian có hạn và phạm vi đồ án đặt ra tơng đối rộng nên không thể tránh khỏi những hạn chế, thiếu sót. Tôi rất mong nhận đợc những ý kiến đóng 1 góp quý báu của các thầy giáo, của tất cả những ai quan tâm đến vấn đề này để có thể hoàn thiện đợc tốt hơn. Để hoàn thành đợc đồ án tốt nghiệp, tôi xin gửi lời cảm ơn trân trọng tới tất cả các thầy giáo đã giảng dạy tôi trong suốt thời gian qua, đặc biệt là các thầy giáo trong khoa Vô tuyến điện tử. Xin bày tỏ sự biết ơn sâu sắc đến thầy giáo Lê Tân Phơng, ngời đã tận tình hớng dẫn, giúp đỡ tôi trong suốt thời gian nghiên cứu đồ án tốt nghiệp. Chơng I 2 Tổng quan về hệ thống thông tin vệ tinh Để nghiên cứu sâu về thông tin vệ tinh, trớc hết chúng ta sẽ nghiên cứu một cách tổng quát về thông tin vệ tinh, xem xét các vấn đề cơ bản nhất về nguyên lí thông tin vệ tinh, trạm mặt đất và vệ tinh thông tin. Từ đó có hớng phát triển đúng đắn về thông tin vệ tinh. 1.1. Giới thiệu chung. 1.1.1. Nguyên lí thông tin vệ tinh. Thông tin vệ tinh là mạng thông tin giữa các trạm thông tin mặt đất bằng cách chuyển tiếp tín hiệu qua một hoặc một vài vệ tinh nhân tạo có khả năng thu - phát tín hiệu - vệ tinh thông tin. Đờng thông tin phát từ trạm mặt đất lên vệ tinh gọi là đờng lên, đờng thông tin phát từ vệ tinh xuống trạm mặt đất gọi là đờng xuống. (Hình 1.1) 3 Users Users Voice Video Data Voice Data Video Hình 1.1. Nguyên lý thông tin vệ tinh. Một mạng lới gồm các trạm mặt đất và vệ tinh thông tin có thể kết lối với nhau để đảm bảo thông tin gọi là hệ thống thông tin vệ tinh. Cấu trúc của hệ thống thông tin vệ tinh gồm hai phần chính: Phần không gian và phần mặt đất. (Hình 1.2) * Phần không gian: - Vệ tinh thông tin: Thu tín hiệu từ trạm phát - khuếch đại - phát lại tới trạm thu. Vệ tinh thông tin có tác dụng nh một trạm lặp tín hiệu của tuyến thông tin siêu cao tần. - Hệ thống TTC & M (Tracking, Telemetry, Control and Monitoring): Đảm bảo các chức năng đo xa, bám, điều khiển và giám sát nhằm duy trì hoạt động bình thờng cho vệ tinh thông tin. - Hệ thống cung cấp nguồn (pin mặt trời + ac quy). * Phần mặt đất: Phần thông tin, phần nghiệp vụ, phần nguồn và phần nhà trạm. Phần thông tin gồm: - Anten. - Bộ khuếch đại tạp âm nhỏ. - Bộ khuếch đại công suất lớn. - Các bộ đổi tần số phát, thu. - Bộ điều chế và giải điều chế. - Thiết bị sóng mang đầu cuối. - Thiết bị điều khiển và giám sát. 4 1.1.2. Phân loại hệ thống vệ tinh. Có nhiều cách phân loại hệ thống vệ tinh khác nhau, có thể phân loại theo khoảng cách quỹ đạo của vệ tinh, theo mục đích sử dụng Nếu phân loại theo vị trí tơng đối của vệ tinh so với trái đất thì có 2 loại sau: - Hệ thống vệ tinh không đồng bộ. - Hệ thống vệ tinh địa tĩnh. 1.1.2.1. Hệ thống vệ tinh không đồng bộ. (Hình 1.3a) Đó là hệ thống mà vệ tinh đợc phóng lên quỹ đạo thấp có độ cao từ (500 ữ 10.000)km. Thời gian cần thiết để vệ tinh chuyển động xung quanh quỹ đạo khác với chu kì quay của quả đất xung quanh trục của nó. Hệ thống này có một số u, nhợc điểm sau: * Ưu điểm: - Yêu cầu công suất phát và độ nhạy thu không cao, trễ tín hiệu nhỏ. - Chi phí để phóng vệ tinh lên quỹ đạo không lớn lắm. * Nhợc điểm: - Vùng phủ sóng của nó không liên tục và hẹp. 5 T/h băng tần cơ bản Điều chế Đổi tần lên KĐCS lớn KĐ tạp âm nhỏ Đổi tần xuống Giải điều chế T/h băng tần cơ bản Đ{ờng lên Đ{ờng xuống Hình 1.2. Sơ đồ khối tối giản của hệ thống thông tin vệ tinh. Do vậy hệ thống vệ tinh không đồng bộ đợc sử dụng chủ yếu cho thông tin di động. 1.1.2.2. Hệ thống vệ tinh địa tĩnh. (Hình 1.3b) Đó là hệ thống mà vệ tinh đợc phóng lên quỹ đạo địa tĩnh có độ cao cỡ 36.000 km. Nó chuyển động trên mặt phẳng xích đạo với vận tốc góc có độ lớn và chiều đúng bằng vận tốc góc của trái đất tự quay quanh trục của nó nên vệ tinh coi nh đứng yên so với trái đất. Hệ thống này có một số u, nhợc điểm sau: * Ưu điểm: - Vùng phủ sóng rộng, thông tin đảm bảo liên tục. * Nhợc điểm: - Trễ tín hiệu lớn do đờng truyền dài. - Yêu cầu công suât phát và độ nhạy máy thu của các trạm phải lớn. - Chi phí để phóng vệ tinh lên quỹ đạo rất tốn kém. Do vậy hệ thống vệ tinh địa tĩnh thờng đợc sử dụng cho hệ thống thông tin toàn cầu. 1.1.3. Đặc điểm của thông tin vệ tinh. 1.1.3.1. Vùng phủ sóng rộng nên cự ly thông tin xa. 6 (a) Trái đất 36.000 km (b) Trái đất Hình 1.3. (a). Hệ thống vệ tinh không đồng bộ. (b). Hệ thống vệ tinh địa tĩnh. Khoảng cách tơng đối của một vệ tinh địa tĩnh so với trái đất là khoảng 36.000km. Do đó một vệ tinh địa tĩnh có thể phủ sóng 1/3 trái đất và với 3 vệ tinh địa tĩnh có khả năng phủ sóng toàn cầu. 1.1.3.2. Dung lợng thông tin lớn. Vì băng tần công tác rộng, cỡ 500MHz nhờ áp dụng kĩ thuật sử dụng lại băng tần nên hệ thống thông tin vệ tinh cho phép đạt tới dung lợng lớn trong một khoảng thời gian ngắn mà không có loại hình thông tin nào có thể đạt tới. 1.1.3.3. Khả năng thông tin và độ tin cậy thông tin cao. Tuyến thông tin của hệ thống vệ tinh địa tĩnh chỉ có 3 trạm, trong đó vệ tinh thông tin đóng vai trò là trạm lặp tín hiệu và 2 trạm đầu cuối trên mặt đất, vì thế xác suất h hỏng trên tuyến là rất thấp. Khả năng liên lạc thông suốt theo thống kê có thể đạt 99,99% thời gian liên lạc trong một năm. 1.1.3.4. Chất lợng thông tin cao. Đờng thông tin có chất lợng cao vì ảnh hởng can nhiễu khí quyển và pha đing là không đáng kể. Tốc độ lỗi bit có thể đạt 10 -8 cho một sóng mang số 2048 Kbps. 1.1.3.5. Khả năng thiết lập thông tin nhanh và tính linh hoạt cao. Hệ thống thông tin đợc thiết lập nhanh chóng trong điều kiện các trạm mặt đất ở rất xa nhau về mặt địa lí. Dung lợng có thể thay đổi linh hoạt tuỳ theo yêu cầu khai thác và sử dụng. 1.1.3.6. Đa dạng về các loại hình dịch vụ. - Dịch vụ thoại, Fax, telex cố định. - Dịch vụ phát thanh, truyền hình quảng bá. - Dịch vụ thông tin di động qua vệ tinh. - Dịch vụ DAMA,VSAT, đạo hàng, cứu hộ hàng hải 1.1.3.7. Băng tần công tác của thông tin vệ tinh cao. 7 Băng C : 6/4 GHz - Dùng trong thông tin thơng mại. Băng X : 8/7 GHz - Dùng trong thông tin quân sự và chính phủ. Băng Ku: 14/12 GHz - Dùng trong thông tin thơng mại. Băng Ka: 30/20 GHz - Băng tần số mới. Thông thờng khoảng tần số cao dùng cho đờng lên và khoảng tần số thấp hơn đợc dùng cho đờng xuống. 1.2. Trạm mặt đất. Trạm mặt đất trong hệ thống thông tin vệ tinh có chức năng phát tín hiệu lên vệ tinh và thu tín hiệu từ vệ tinh phát về. Tín hiệu sau khi vợt qua đờng truyền dài cỡ 37.000km đến anten thu của trạm mặt đất đã rất yếu (xấp xỉ -150 dBW), vì thế việc đảm bảo chất lợng thiết bị từ anten trở xuống bộ giải điều chế có ảnh h- ởng quyết định đến chất lợng hệ thống thông tin vệ tinh. 1.2.1. Phân loại trạm mặt đất. Theo quy định của Intelsat, trạm mặt đất thờng đợc phân thành các loại A,B,C tuỳ theo hệ số phẩm chất G/T và đờng kính anten trạm mặt đất. (Hình 1.4) 8 B (11m) A mới (1517m) F 3 (10m) F 2 (8m) D 2 (11m) C (1113m) F 1 (5m) D 1 (3m) Loại A (30m) VSAT (1,8m) VSAT (1,2m) 10 30 20 40 Độ nhạy thu G/T (dB/ 0 K) Hình 1.4. G/T của anten trạm mặt đất. Ngoài ra, có thể phân loại trạm mặt đất tuỳ theo dịch vụ liên lạc qua vệ tinh. Thí dụ, với dịch vụ cố định thì có trạm mặt đất cố định, còn với các dịch vụ di động thì có trạm mặt đất di động. (Bảng 1.1a, 1.1b) Quốc tế Đờng dài nội địa Quảng bá truyền hình DBS VSAT Dải tần số C, Ku C, Ku C,Ku Ku, Ka C, Ku Đờng kính anten (m) 5 ữ 20 5 ữ 12 5 ữ 10 0,5 ữ 1,5 1 ữ 2 Nhiệt độ hệ thống ( 0 K) 35 ữ 60 60 ữ 200 100 ữ 300 200 ữ 600 100 ữ 300 Công suất phát (W) 1000 ữ 10.000 100 ữ 5000 N/A N/A 0,1 ữ 10 Đa truy nhập FDMA, TDMA FDMA, TDMA FDMA FDMA FDMA, TDMA, CDMA Bảng 1.1a. Các trạm mặt đất điển hình cho dịch vụ cố định và quảng bá. Di động cho đờng biển Di động cho hàng hải Di động trên mặt đất Dải tần số L L VHF, L, S Đờng kính anten (m) 0,85 ữ 2,0 0 ữ 1 0 ữ 0,5 Nhiệt độ Hệ thống ( 0 K) 150 100 300 Công suất Phát (W) 1 ữ 200 5 ữ 20 1 ữ 10 Đa truy nhập FDMA, TDMA FDMA, TDMA FDMA, TDMA, CDMA Bảng 1.1b. Các trạm mặt đất điển hình cho dịch vụ di động. 9 1.2.2. Cấu trúc của trạm mặt đất. Trạm mặt đất trong thông tin vệ tinh có cấu trúc cơ bản (hình 1.5) bao gồm các hệ thống sau: - Hệ thống anten. - Hệ thống thu. - Hệ thống phát. - Hệ thống điều khiển và giám sát. - Hệ thống cung cấp nguồn và điều hoà. 1.2.2.1. Hệ thống anten. Bao gồm anten thu phát chung có đờng kính từ 0,6m đến 30m tuỳ theo từng loại trạm ứng với tiêu chuẩn quy định của Intelsat. Thiết bị bám vệ tinh để 10 KĐCS lớn (HPA) Cộng . . . Đổi tần lên Bộ K.đại IF Điều chế Bộ dao động Bộ dao động Lọc thu-phát KĐ t.âm nhỏ(LNA) Chia Đổi tần xuống Bộ K.đại IF Giải điều chế Điều khiển anten Điều khiển và giám sát Nguồn Tạo băng tần cơ bản Hình 1.5. Cấu trúc trạm mặt đất. Anten . . . [...]... tải thông tin (Payload) và phần tải vật lí (Platform) Hai phần mang các chức năng chính nàyAntengồm các hệ thống conAnten thôngvụ khác bao truyền lệnh có nhiệm tin nhau đối với toàn bộ vệ tinh thông tin Hình 1.16 Cấu trúc của vệ tinh thông tin 31 * Phần tải thông tin (Payload): Có nhiệm vụ cung cấp chức năng phục vụ cho thông tin vệ tinh - mặt đất, nghĩa là các chức năng chính của một vệ tinh thông tin. .. vệ tinh thông tin ` Vệ tinh thông tin là thiết bị quan trọng nhất trong hệ thống thông tin vệ tinh, nó thực chất là một trạm chuyển tiếp tích cực của tuyến thông tin siêu cao tần mặt đất - vệ tinh - mặt đất nhng đợc đặt trong vũ trụ Vệ tinh thông tin là một hệ thống đợc thiết kế, lắp đặt và phóng bằng công nghệ tiên tiến nhất, có nhiều chức năng để thoả mãn các yêu cầu tồn tại trên quỹ đạo và nối thông. .. với nhau Cấu trúc của vệ tinh thông tin rất phức tạp, bao gồm nhiều hệ thống: 30 * Hệ thống thông tin (bộ phát đáp và anten thông tin) * Hệ thống điều khiển quỹ đạo và độ cao vệ tinh * Hệ thống truyền lệnh và đo xa * Hệ thống điều khiển nhiệt, nguồn và các tấm pin mặt trời Tất cả các hệ thống này đều liên quan chặt chẽ với nhau và với các thiết bị khác đợc lắp ráp trên vệ tinh (Hình 1.16) sẽ mô tả về... mòn và vì thế ít đợc dùng trong thông tin vệ tinh thơng mại - Phơng pháp bám theo kiểu từng nấc: Theo nguyên lí bám này thì vệ tinh phát xuống mặt đất tín hiệu dẫn đờng (Beacon) có các tần số thờng dùng: (3947,5; 3948; 3952; 3953,5)MHz, Trong đó hai tần số thờng dùng là: (3947,5 và 3953,5)MHz, còn hai tần số khác dùng khi phóng vệ tinh hoặc là đa vệ tinh vào đúng vị trí quỹ đạo, thiết bị bám vệ tinh. .. không phải liên tục đợc điều khiển để bám theo vệ tinh nh kiểu bám xung đơn nên đỡ tốn năng lợng và ít làm mòn các kết cấu cơ khí nhng ít chính xác hơn Phơng pháp bám vệ tinh này đang đợc sử dụng phổ biến trong thông tin vệ tinh thơng mại 17 - Phong pháp bám vệ tinh theo chơng trình: Phơng pháp này dựa trên số liệu thiên văn của các vị trí quỹ đạo vệ tinh đợc đoán trớc do Intelsat cung cấp cho các trạm... trờng tốt (nhiệt độ 200C và độ ẩm 45%) để đảm bảo an toàn, duy trì tuổi thọ và chất lợng thông tin 1.2.3 Anten trạm mặt đất 1.2.3.1 Yêu cầu đối với anten trong thông tin vệ tinh Anten là một trong những thiết bị quan trọng nhất của hệ thống thông tin vệ tinh, đặc biệt là với trạm mặt đất, nó chiếm tới 50% giá thành trạm và thậm trí còn hơn thế Bản thân anten quyết định cấu hình và hoạt động khai thác... thống đẩy: Tạo ra các lực đẩy đa vệ tinh lên quỹ đạo và các lực đẩy cần thiết nhằm duy trì vị trí vệ tinh trên quỹ đạo - Hệ thống khung: Cung cấp những chống đỡ cơ học đối với toàn bộ cấu trúc vệ tinh Ta sẽ lần lợt xem xét các hệ thống con của hai phần Payload và Platform 1.3.2 Bộ phát đáp (Transponder) Bộ phát đáp (hình 1.7) là thiết bị quan trọng nhất trên vệ tinh thông tin, có nhiệm vụ thu tín hiệu... hoá, để tận dụng các thiết bị mặt đất và áp dụng công nghệ DSI buộc phải số hoá các đờng truyền vệ tinh Xuất phát từ đó, một loại sóng mang số đợc sử dụng trong thông tin vệ tinh có tốc độ trung bình từ 64(kbps) đến 44736(kbps), IDR (Intermediate Data Rate) thay thế cho kĩ thuật FDM, FM Một trạm mặt đất liên lạc với vệ tinh thông tin dùng Modem IDR có nguyên lí nh (hình 1.15) ở trạm mặt đất phát, luồng... các thiết bị trên vệ tinh, số kênh TT & C Và do vậy có ảnh hởng tới tất cả thời gian sống của quả vệ tinh Để đảm bảo các chức năng của mình, phần Flatform gồm sáu hệ thống con, đó là: - Hệ thống điều khiển trạng thái bay của vệ tinh: Chức năng của hệ thống này là duy trì vị trí và hớng của vệ tinh trên quỹ đạo sao cho anten hớng trực tiếp vào vùng đợc phục vụ -Hệ thống giám sát, đo xa và điều khiển TT... trúc của vệ tinh thông tin Hệ thống điều khiển quỹ đạo và độ cao Hệ thống truyền lệnh và đo xa ổn định quay Nhiên liệu Giải mã lệnh Bộ thu Điều khiển và đo xa Mã hoá đo xa Máy phát Hệ thống thông tin (Bộ phát đáp) Chuyển đổi tần số Dao động nội Máy thu Máy phát Máy thu Điều khiển anten Điều khiển quỹ đạo Bộ phối hợp Bộ phối hợp Theo chức năng nhiệm vụ có thể chia cấu trúc của vệ tinh thông tin thành . vệ tinh, trạm mặt đất và vệ tinh thông tin. Từ đó có hớng phát triển đúng đắn về thông tin vệ tinh. 1.1. Giới thiệu chung. 1.1.1. Nguyên lí thông tin vệ tinh. Thông tin vệ tinh là mạng thông. thông tin vệ tinh. Chơng II: Điều chế, ghép kênh và đa truy nhập trong thông tin vệ tinh. Chơng III: Bài toán năng lợng trong đờng truyền thông tin vệ tinh. Chơng IV: Truyền hình vệ tinh. Do. mặt đất và vệ tinh thông tin có thể kết lối với nhau để đảm bảo thông tin gọi là hệ thống thông tin vệ tinh. Cấu trúc của hệ thống thông tin vệ tinh gồm hai phần chính: Phần không gian và phần