Tìm hiểu về hệ thống thông tin vệ tinh

Tìm hiểu về hệ thống thông tin vệ tinh

TÌM HIỂU VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH MỤC LỤC CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN VỆ TINH 1.1 Sự đời hệ thống thông tin vệ tinh 1.2 Quá trình phát triển 1.3 Đặc điểm thông tin vệ tinh 1.4 Các dạng quỹ đạo vệ tinh 1.5 Cấu trúc hệ thống thông tin vệ tinh 1.6 Các phương pháp đa truy nhập đến vệ tinh 1.6.1 Phương pháp đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA 1.6.2 Phương pháp đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA 1.6.3 Phương pháp đa truy nhập phân chia theo mã CDMA CHƯƠNG II :SÓNG VÔ TUYẾN ĐIỆN 2.1 Tần số đặc tính sóng vô tuyến điện thông tin vệ tinh 2.2 Phân cực sóng 2.2.1 Định nghĩa 2.2.2 Sóng phân cực elip 2.2.3 Sóng phân cực tròn 2.2.4 Sóng phân cực thẳng 2.3 Sự truyền lan sóng vô tuyến điện 2.3.1 Khái niệm truyền lan sóng vô tuyến thông tin vệ tinh 2.3.2 Tổn hao không gian tự 2.3.3 Cửa sổ vô tuyến 2.3.4 Tạp âm truyền lan sóng vô tuyến 2.3.5 Sự giảm khả tách biệt phân cực chéo mưa 2.3.6 EIRP : Đặc trưng khả phát 2.3.7 G/T : Đặc trưng độ nhạy máy thu 2.3.8 Sự nhiễu loạn sóng can nhiễu CHƯƠNG III : KỸ THUẬT TRẠM MẶT ĐẤT 3.1 Công nghệ đặc tính anten 3.1.1 Yêu cầu chất lượng anten thông tin vệ tinh 3.1.2 Phân loại anten 3.1.3 Hệ thống anten bám vệ tinh 3.1.4 Các đặc tính điện 3.2 Công nghệ máy phát GVHD: Th.S LÊ THỊ CẨM HÀ Page TÌM HIỂU VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH 3.3 Công nghệ máy thu CHƯƠNG IV : TRẠM VỆ TINH 4.1 Cấu hình trạm vệ tinh với phát đáp đơn giản 4.2 Phân bố dải tần phát đáp 4.3 Các mạng vệ tinh nhiều chùm 4.3.1.Ưu điểm củavệ tinh nhiều chùm 4.3.2 Liên kết vùng bao phủ 4.3.3 Các tuyến nối liên vệ tinh 4.4 Các mạng vệ tinh tái tạo CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH GVHD: Th.S LÊ THỊ CẨM HÀ Page TÌM HIỂU VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH 1.1 Sự đời hệ thống thông tin vệ tinh Thông tin vô tuyến qua vệ tinh thành tựu nghiên cứu lĩnh vực truyền thông mục tiêu gia tăng mặt cự ly dung lượng với chi phí thấp kết hợp sử dụng hai kĩ thuật tên lửa vi ba mở kỷ nguyên thông tin vệ tinh Dịch vụ cung cấp theo cách bổ sung cách hữu ich cho dich vụ mà trước độc mạng đất cung cấp, sử dụng vô tuyến cáp Kỉ nguyên vũ trụ bắt đầu vào năm 1957 với việc phóng vệ tinh nhân tao ( vệ tinh Sputnik Liên Xô cũ) Những năm vệ tinh khác phóng SCORE phát quảng bá (năm 1958), vệ tinh phản xạ ECHO(1960), vệ tinh chuyển tiếp băng rộng TELSTAR RELAY (1962) vệ tinh địa tĩnh SYNCOM (1963) Trong năm 1965 vệ tinh địa tỉnh thương mại INTELSAT-1 đánh đấu mở đầu cho hàng loạt vệ tinh INTELSAT Cùng năm đó, Liên Xô cũ phóng vệ tinh truyền thông loạt vệ tinh truyền thông MOLNYA 1.2 Quá trình phát triển Các hệ thống thông tin vệ tinh cung cấp dung lượng thấp với giá tương đối cao vệ tinh INTELSAT-1 nặng 68kg phóng, có dung lượng 480 kênh thoai với giá 32 500 USD kênh năm Giá thành cao chi phí phóng, kết hợp với giá vệ tinh có tính đến tuổi thọ vệ tinh ngắn (1 năm rưỡi) dung lượng thấp Việc giảm giá kết nhiều nổ lực, nỗ lực dẫn đến việc tạo tên lửa phóng có khả đưa vệ tinh ngày nặng lên quỹ đạo(3750kg phóng vệ tinh INTELSAT-VI) Ngoài kĩ thuật viba ngày phát triển tạo điều kiện thực anten nhiều búp song có khả tạo biên hình mà búp song chúng hoàn toàn thích ứng với hình dạng lục địa, cho phép tái sử dụng băng tần búp song kết hợp sử dụng khuếch đại truyền dẫn công suất cao Dung lượng vệ tinh tăng lên dẫn đến giảm giá thành kênh thoại (80 00 kênh INTELSAT-VI có giá thuê kênh 380USD) Ngoài việc giảm chi phí truyền thông, đặc điểm bậc tính đa dạng dịch vụ mà hệ thống thông tin vệ tinh cung cấp vào diện bao phủ vệ tinh INTELSAT-1 cho phép thiết lập trạm hai bên bờ Đại Tây Dương kết nối với Khi kích thước công suất vệ tinh tăng lên cho phép giảm kích thước trạm mặt đất giảm giá thành chúng, dẫn đến tăng số lượng trạm mặt đất khai thác tính khác vệ tinh, khả thu thập phát quảng bá tín hiệu từ tới số địa điểm thay phatt tín hiệu từ điểm đến điểm khác, phát từ máy tới nhiều máy thu phân bố vùng rộng lớn ngược lại phát từ nhiều GVHD: Th.S LÊ THỊ CẨM HÀ Page TÌM HIỂU VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH trạm tới trạm trung tâm vậy, mạng truyền số liệu đa điểm, mạng quảng bá qua vệ tinh mạng thu thập dư liệu phát quảng bá tới máy phát chuyển tiếp trực tiếp tới khách hàng nhân Các mạng hoạt động với tram mặt đất nhỏ có anten đường kinh từ 0,6 đến 3,5m 1.3 Đặc điểm thông tin vệ tinh Thông tin vệ tinh đời muộn phát triển nhanh nhóng có nhiều lợi so với hệ thống truyền thông khác, là:  Vùng phủ song rộng, cần ba vệt inh phủ song toàn cầu  Thiết bị phát song hệ thống thông tin vệ tinh cần công suất nhỏ  Việc lắp đặt di chuyển hệ thống thông tin vệ tinh mặt đất tương đối nhanh      1.4 chóng không phụ thuộc vào cấu hình mạng hệ thống truyền dẫn Hệ thống thông tin vệ tinh phục vụ nhiều dịch vụ khác viễn thông thoại phi thoại, thăm dò địa chất, truyền hình ảnh, quan sát mục tiêu, nghiên cứu khí tượng, phục vụ quốc phòng an ninh… Thông tin vệ tinh ổn định Đã có nhiều trường hợp bão to, động đất mạnh làm cho phương tiện truyền thông khác tác dụng thông tin vệ tinh hoạt động Các thiết bị đặt vệ tinh tận dụng lượng mặt trời để cung cấp điện ngày lẫn đêm Tuy thông tin vệ tinh có số nhược điểm là: Kinh phí ban đầu để phóng vệ tinh vào quỹ đạo lớn Bức xạ sóng vô tuyến thông tin vệ tinh bị tổn hao lớn môi trường truyền sóng Các dạng quỹ đạo vệ tinh Quỹ đạo vệ tinh hành trình vệ tinh không gian mà vệ tinh cân hai lực đối Hai lực lực hấp dẫn trái đất lực ly tâm hình thành độ cong hành trình vệ tinh Quỹ đạo vệ tinh có thông số quan trọng là: khoảng cách từ vệ tinh đến mặt đất, hình dạng góc nghiêng so với mặt bình độ Một thông số chung mặt phẳng chuyển động vệ tinh phải qua tâm trái đất quỹ đạo vệ tinh nằm mặt phẳng hình tròn hình elip Nếu quỹ đạo hình tròn tâm quỹ đạo tròn trùng với tâm trái đất GVHD: Th.S LÊ THỊ CẨM HÀ Page TÌM HIỂU VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH Nếu quỹ đạo hình elip có đầu nằm xa trái đất gọi viễn điểm ( apogee) đầu gần trái đất gọi cận điểm (perigee ) Quỹ đạo thông dụng vệ tinh dạng quỹ đạo sau 1.4.1 Các quỹ đạo hình elip Loại quỹ đạo đảm bảo phủ sóng vùng vĩ độ cao góc ngẩng lớn góc ngẩng lớn đặc biệt cần thiết ứng dụng - Giảm thiểu việc chặn tia che khuất vệ tinh cao ốc cối Việc bám vệ tinh dễ dàng Giảm bớt tạm âm mà anten trạm mặt đất thu nhận can nhiễu từ hệ thống thông tin vô tuyến mắt đất GVHD: Th.S LÊ THỊ CẨM HÀ Page TÌM HIỂU VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH 1.4.2 Các quỹ đạo tròn Quỹ đạo cực Vệ tinh có quỹ đạo tròn có độ cao khoảng vài trăm đến ngìn km với mặt phẳng quỹ đạo chứa trục quay trái đất, loại quỹ đạo đảm bảo vệ tinh qua vùng trái đất người sữ dụng loại quỹ đạo cho vệ tinh quan sát (observation satellite) vệ tinh SPOT phủ sóng toàn cầu chum vệ tinh IRIDUM (gồm 77 vệ tinh) Quỹ đạo nghiêng Khi măt phẳng quỹ đạo không chứa trục quay trái đất không vuông góc với trục Một số vệ tinh tổ chức thành chum vệ tinh có quỹ đạo dạng tròn nay, độ cao thấp (cỡ 1000km) có khả phủ sóng toàn cầu trực tiếp đến người sữ dụng ( GLOBAL STAR, LEOSAT …) Quỹ đạo xích đạo Quỹ đạo nằm mặt phẳng xích đạo trái đất vệ tinh quỹ đạo gọi vệ tinh địa tĩnh (GEO- geostationary sarellite) Độ cao quỹ đạo 35 768km vệ tinh trường hợp xuất điểm cố định bầu trời với vùng phủ sóng vệ tinh 43% diện tích bề mặt trái đất ba vệ tinh vệ tĩnh trường hợp phủ sóng toàn cầu Việc lựa chọn quỹ đạo thực tế phụ thuộc vào ứng dụng cụ thể, độ can nhiễu mà hệ thống chấp nhận Để vệ tinh giữ nguyên vị trí tong quỹ đạo xác định, người ta sử dụng hai kĩ thuật ổn định ổn định quay ổn định ba trục 1.5 Cấu trúc hệ thống thông tin vệ tinh Cấu trúc hệ thống thông tin vệ tinh gồm hai phần: phần không gian ( space segment) phần mặt đất ( ground segment) Hình 1-3 mô tả cấu trúc tổng quát hệ thống thông tin vệ tinh GVHD: Th.S LÊ THỊ CẨM HÀ Page TÌM HIỂU VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH 1.5.1 Phần không gian Phần không gian bao gồm vệ tinh thiết bị đặt vệ tinh hệ thống trang thiết bị đặt mặt đất để kiểm tra, theo dõi điều khiển vệ tinh (các hệ thống bám, đo đạc điều khiển) thân vệ tinh bao gồm phần tải( payload) phần ( platform) Phần tải bao gồm anten thu/phát tất thiết bị điện tử phục vụ cho việc truyền dẫn sóng mang Phần bao gồm tất hệ thống phục vụ cho phần tải hoạt động ví dụ như: cấu trúc vỏ khung, nguồn cung cấp điện, điều khiển nhiệt độ, điều khiển hướng quỹ đạo, thiết bị đẩy, bám, đo đạc … Các sóng vô tuyến truyền từ trạm mặt đất lên vệ tinh gọi tuyến lên (uplink ) Vệ tinh lại truyền sóng vô tuyến sau biến đỗi tần số khuếch đại tới trạm thu vệ tinh đặt mặt đất gọi tuyến xuống (downlink) Chất lượng liên lạc qua sóng vô tuyến xác định thông số sóng mang tạp âm (C/N) chất lượng tổng thể tuyến liên lạc từ trạm mặt đất đến trạm mặt đất khác định chất lượng tuyến lên tuyến xuống bao gồm kĩ thuật điều chế mã hóa sữ dụng GVHD: Th.S LÊ THỊ CẨM HÀ Page TÌM HIỂU VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH Trong vệ tinh đặt số phát đáp ( transponder) để thu tín hiệu từ tuyến lên, biến đổi tần số, khuếch đại công suất truyền trở lại tuyến xuống Hình 1.4 Sơ đồ khối chức phát đáp đơn giản Hình 1.4 mô tả sơ đồ khối chức phát đáp đơn gian, nhiệm vụ giải điều chế tín hiệu thu không xữ lý tín hiệu đóng vai trò chuyển đổi xuống có hệ số khuếch đại công suất lớn khuếch đại công suất phát đáp thường dùng loại: khuếch đại dùng đèn sóng chạy( TWTA- Traveling Wave Tube Amplifier) khuếch đại dùng bán dẫn transistor (SSPA – Solid State Power Amplifier) Công suất bão hòa đầu TWTA thường từ 20W đến 200W SSPA thường từ 20W đến 40W vệ tinh loại trang bị phát đáp đa chum tia( multibeam satellite transponder ) phát đáp tái sinh ( regrative transponder ) Do hạn chế kích thước trọng lượng anten thu phát phát đáp thường có kích thước nhỏ độ tăng ích anten trường hợp bị giới hạn Vệ tinh trường hợp hình thành điểm trung chuyển tín hiệu trạm mặt đất xem điểm nút mạng với chức sau đây: • Khuếch đại sóng mang thu từ tuyến lên để sử dụng cho việc truyền dẫn lại tuyến xuống công suất sóng mang đầu vào máy thu vệ tinh có yêu cầu từ 100pW tới 1nW, công suất đầu khuếch đại công suất phát cho tuyến xuống có yêu cầu từ 10W đến 100W độ tăng ích anten phát đáp vệ tinh có yêu cầu từ 100dB đến 130dB Sóng mang băng tần xạ đến vùng phủ sóng bề mặt trái ddaatd với mức EIRP tương ứng GVHD: Th.S LÊ THỊ CẨM HÀ Page TÌM HIỂU VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH • Thay đổi tần số sóng mang (giữa thu phát) nhằm tránh tượng phần công suất phát tác động trở lại phía đầu thu Khả lọc lọc đầu vào tần số tuyến xuống kết hợp với độ tăng ích thấp anten, đầu phát đầu vào thu cần đảm bảo cách biệt khoảng 150dB Tuy nhiên xem xét vệ tinh cụ thể có số chức khác Ví dụ, vệ tinh có nhiều búp sóng búp sóng quét phát đáp vệ tinh phải có khả tạo tuyến sóng mang đến vùng phủ sóng yêu cầu trường hợp vệ tinh tái sinh phát đáp them chức chế giải điều chế Phần tải (payload) vệ tinh truyền thông đặc trưng thông số kĩ thuật băng tần công tác sau: • • • • • • • • • • 1.5.2 Băng tần công tác Số lượng phát đáp Độ rộng dãi thông phát đáp Phân cực tín hiệu đường lên đường xuống Công suất xạ tương đương đẳng hướng (EIRP) mật độ thông lượng công suất tạo biên vùng phủ sóng phục vụ Mật độ thông lượng công suất bão hòa anten thu vệ tinh (SPD- Saturation Power Density) Hệ số phẩm chất G/T máy thu vệ tinh biên vùng phủ sóng giá trị cực đại Vùng phủ sóng Công suất đầu công suất phát Cấu hình dự phòng cho máy thu khuếch đại công suất cao Phần mặt đất Phần mặt đất bao gồm tất trạm mặt đất chúng thường nối với thiết bị người sử dụng thông qua mạng mặt đất trường hợp sử dụng trạm VSAT ( Very Small Aperture Terminal ) liên lạc trực tiếp tới thiết bị đầu cuối người người sử dụng trạm mặt đất phân loại tùy thuộc vào kích cỡ trạm loại hình thông tin truyền xử lý ( thoại, hình ảnh liệu) có trạm mặt đất vừa thu vừa phát có trạm mặt đất làm nhiệm vụ thu ( trạm TVRO – Television Receiver Only) Các trạm mặt đất lớn trang bị anten có đường kính 30m – 40m, trạm mặt loại nhỏ dùng anten đường kính 60cm chí nhỏ ( trạm di động, máy cầm tay) hình 1-4b mô tả mặt đất đơn giản bao gồm thu phát GVHD: Th.S LÊ THỊ CẨM HÀ Page TÌM HIỂU VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH Hình 1-4b Cấu hình trạm mặt đất Đối với trạm mặt đất cỡ lớn, độ rộng búp sóng anten hẹp trạm mặt đất phải cần phải có thiết bị bám vệ tinh để đảm bảo chất lượng đường truyền ( trục anten hướng vệ tinh) Với trạm mặt đất cỡ nhỏ độ búp sóng anten lớn trường hợp không cần thiết phải có thiết bị bám sát vệ tinh Trong thực tế phát đáp vệ tinh phục vụ lúc nhiều trạm mặt đất khác Đó nhờ vào phương pháp đa truy nhập kĩ thuật mà trạm mặt đất dùng để truy nhập phát đáp vệ tinh FDMA, TDMA, CDMA 1.6 Đa truy nhập Trong hệ thống thông tin vệ tinh kĩ thuật đa truy nhập phương pháp nhiều trạm sử dụng chung phát đáp Hiện có phương pháp dùng là: 1.6.1 Đa truy nhập phân chia theo tần số ( FDMA – Frequency Division Multiple Access) Phương pháp sử dụng rộng rãi với hệ thống trạm mặt đất phát sóng mang có tần số sóng mang khác với tần số sóng mang trạm khác GVHD: Th.S LÊ THỊ CẨM HÀ Page 10 TÌM HIỂU VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH Với cấu hình khuếch đại không yêu cầu phải có băng tần rộng để điều chỉnh tần số khuếch đại sóng mang cho trước Cấu hình phù hợp với trạm có sóng mang 3.2.4 Méo xuyên điều chế Bộ khuếch đại công suất cao khuếch đại tuyến tính trở thành phi tuyến khuếch đại vùng bảo hòa Lúc điện áp đầu không tỉ lệ với điệp áp đầu vào Bởi nhiều sóng mang khuếch đại đồng thời phát sinh tạp âm Hình 3-6 minh họa vấn đề trên, khuếch đại đồng thời ba tín hiệu vào có tần số f 1, f2,f3 đầu tín hiệu có tín hiệu khác co tần số (2f 1-f2), (f1+f2-f3), (f1-f2+f3), (2f2-f1), (f2+f3-f1) Hình 3-6 Méo xuyên điều chế Do khuếch đại công suất cao, khuếch đại nhiều sóng mang đồng thời điểm làm việc khuếch đại phải chọn cho mức đầu thấp mức bảo hòa khoảng đến 10 dB, nhằm mục đích để triệt tiêu tín hiệu tạp, điểm làm việc gọi điểm lùi (back-off) Ngoài có phương pháp khác để triệt tiêu nhiễu xuyên điều chế gọi “ tuyến tính hóa” Phương pháp người ta chèn vào tầng trước mạch điện có đặc tuyến bù với đặc tuyến khuếch cải thiện tuyến tính toàn hình 3-7 minh họa phương pháp GVHD: Th.S LÊ THỊ CẨM HÀ Page 30 TÌM HIỂU VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH 3.3 Công nghệ máy thu 3.3.1 Cấu trúc trạm thu Cấu trúc trạm thu mô tả hình 1-4b thiết bị gồm có: Anten, khối thu tạp âm thấp, khối giải điều chế thiết bị đa truy nhập Trong khối thu tạp âm thấp gồm có: Bộ khuếch đại tạp âm thấp, đổi tần xuống, dao động, khuếch đại trung tần 3.3.1 Khuếch đại tạp âm thấp Sóng xạ từ vệ tinh đến anten với công suất nhỏ, sau anten khuếch đại mức chưa đủ để thực giải điều chế cần phải khuếch đại chúng lên mức đủ lớn tỉ số S/N phải đạt ngưỡng cho phép, đòi hỏi tầng khuếch đại phải có hệ số tạp âm nhiệt nhỏ, tầng khuếch đại Hiện có hai loại khuếch đại tạp âm thấp thường dùng khuếch đại dùng GaAsFET, khuếch đại dùng HEMT khuếch đại dùng GaAs-FET khuếch đại dùng GaAs-FET khuếch đại nhiễu thấp có hệ số tạp âm khoảng 1,2 đến 2dB Transistor hiệu ứng trường dùng loại bán dẫn hợp chất Gali Asenic Bộ khuếch đại sử dụng rộng rãi tần số cao với đặc tính băng tần rộng, có hệ số khuếch đại độ tin cậy cao khuếch đại dùng HEMT (High Electron Mobility Transistor) Transistor có độ linh động điện tử cao (HEMT) sử dụng tiếp giáp pha trộn GaAs AlGaAs (hình 3-8), dải dẫn AlGaAs có sai khác lượng, dải kích thích loại n, GaAs không kích thích Vì hình thành lớp giàu điện tử AlGaAs gần bề mặt tiếp giáp với GaAs Khi đặt điện trường vào GVHD: Th.S LÊ THỊ CẨM HÀ Page 31 TÌM HIỂU VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH lớp giàu điện tử này, điện tử chuyển động với độ linh hoạt cao chúng không chịu tán xạ “ nguyên tử cho” vật liệu sinh chúng HEMT có đặc tính tạp âm thấp tốt so với GaAs-FET Các đặc tính nỗi bật HEMT băng tần rộng, kích thước nhỏ, giá thành thấp, dể bảo quản thuận lợi cho sản xuất hàng loạt, sử dụng rộng rãi Bộ khuếch đại làm việc ổn định nhiệt độ phòng có chúng làm lạnh nhằm để cải thiện đặc tính tạp âm thấp chúng Bảng 3-2 So sánh khuếch đại tạp âm thấp (LNA) GVHD: Th.S LÊ THỊ CẨM HÀ Page 32 TÌM HIỂU VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH GVHD: Th.S LÊ THỊ CẨM HÀ Page 33 TÌM HIỂU VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH CHƯƠNG IV TRẠM VỆ TINH 4.1 cấu hình trạm vệ tinh với phát đáp đơn giản Tín hiệu từ trạm phát mặt đất truyền lan đến anten thu vệ tinh anten khuếch đại lên qua mạch lọc thông dải để loại bỏ tín hiệu dải tần công tác phát đáp, tiếp đến tín hiệu khuếch đại đủ lớn để thực đổi tần, yêu cầu tầng khuếch đại hệ số tạp âm thấp (LNA) Tần số tín hiệu trộn với tần số dao động nội tạo tần số khác, tần số đưa qua mạch lọc thông dải để lấy tần số cần thiết (tần số phát xuống) tín hiệu sau qua lọc đưa vào mạch khuếch đại công suất cao (HPA) khuếch đại tín hiệu đến mức thiết kế đưa đến anten xạ xuống trạm mặt đất linh kiện khuếch đại tầng thường dùng đèn sóng chạy (TWT) transistor hiệu ứng trường FET 4.2 Phân bố dải tần số phát đáp Băng tân phân bổ cho phát đáp vệ tinh từ vài trăm MHz đến vài GHz Băng tần thường chia thành băng tần ( theo phân định ITU) Hầu hết phát đáp thường thiết kế với dải thông 36MHz, 54MHZ 72MHz, dải thông 36MHZ chuẩn dùng phổ biến cho dịch vụ truyền hình băng C(6/4GHz) Hiện số loại phát đáp có xử lý tín hiệu đưa vào sử dụng cải thiện chất lượng lỗi (đối với truyền hình số) quỷ đạo địa tĩnh, vệ tinh đặt vị trí tọa độ xác định làm việc với băng tần xác định Ví dụ, băng tần C(6/4GHz) vệ tinh sử dụng phân định phổ rộng 500MHz vệ tinh đặt 24 phát đáp liền kề phát đáp sử dụng dải thông 36MHz dải thông phân định500MHz thực điều cách bố trí 12 phát đáp làm việc với tín hiệu sóng xạ phân cực đứng 12 GVHD: Th.S LÊ THỊ CẨM HÀ Page 34 TÌM HIỂU VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH phát đáp làm việc với phân cực ngang Hình 4-2 mô tả bố trí 12 kênh cực đứng 12 kênh phân cực ngang dải thông phân định 500MHz Các vệ tinh loại chủ yếu chuyển tiếp cho tín hiệu hình Để vệ tinh địa tĩnh không gây nhiễu lẫn thường phải đặt tọa độ cách cho vệ tinh băng C, cách 30 cho băng Ku 4.3 Các mạng vệ tinh nhiều chùm Các mạng vệ tinh chùm tia cung cấp vùng bao phủ toàn khu vực trái đất mà nhìn thấy vệ tinh thiết lập tuyến liên lạc cự li xa Nhưng trường hợp độ tăng ích anten bị giới hạn góc mở chùm tia Đối với vệ tinh cung cấp vùng bao phủ gồm phần trái đất ( vùng quốc gia) nhờ chùm tia hẹp độ tăng ích anten cao nhờ giảm góc mở chùm tia anten GVHD: Th.S LÊ THỊ CẨM HÀ Page 35 TÌM HIỂU VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH 4.3.1 - Ưu điểm vệ tinh nhiều chùm Khi thay đổi từ vệ tinh có vung bao phủ toàn cầu sang vệ tinh nhiều chùm cho phép tiết kiệm kích thước trạm mặt đất dẫn tới giảm giá thành trạm mặt đất Cho phép tái sử dụng tần số Tái sử dụng tần số việc sử dụng nhiều lần dải tần theo cách thức cho làm gia tăng tổng dung lượng mạng mà không làm gia tăng dải tần phân phối vệ tinh chùm việc tái sử dụng tần số nhờ vào phân cực trực giao, vệ tinh nhiều chùm tính cách biệt hướng tính anten khai thác để tái sử dụng dải tần chùm khác Trong trường hợp tái sử dụng tần số nhờ phân cực trực giao, dải thông B sử dụng hai lần trường hợp tái sử dụng nhờ tách góc, dải tần B tái sử dụng cho luồng mức can nhiễu cho phép Về mặt lý thuyết vệ tinh có M chùm, dải tần B, kết hợp hai kiểu tái sử dụng tần số nói hệ số tái sử dụng tần số 2M 4.3.2 Liên kết bao phủ Một hệ thống vệ tinh đa chùm phải đặt vị trí để liên kết tất trạm mặt đất mạng phải cung cấp việc đấu nối qua lại vùng phủ sóng Khi sử dụng phát đáp thông thường có ba kĩ thuật liên kết vùng phủ sóng: - Liên kết bước nhảy phát đáp Liên kết băng chuyển mạch vệ tinh GVHD: Th.S LÊ THỊ CẨM HÀ Page 36 TÌM HIỂU VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH - Liên kết quét chùm Liên kết bước nhảy phát đáp Băng tần phân phối cho hệ thống chia thành số băng tần với số chum Một chùm lọc vệ tinh phân cách sóng mang theo băng tần mà chúng chiếm đầu lọc kết nối tới anten chùm đích qua phát đáp Nhất thiết phải sử dụng số lượng lọc phát đáp bình phương số lượng chùm Hình 4-4 minh họa khái niệm cho ví dụ với hai chùm Với kiểu liên kết nay, trạm mặt đất phải có khả phát thu nhiều tần số nhiều phân cực nhằm nhảy từ phát đáp sang phát đáp khác Liên kết nhờ bước nhảy phát đáp Nguyên lý chuyển mạch vệ tinh minh họa hình 4-5 GVHD: Th.S LÊ THỊ CẨM HÀ Page 37 TÌM HIỂU VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH Phần tải bao gồm ma trận chuyển mạch lập trình có số đầu vào đầu với số chùm Ma trận kết nối chùm thu với chùm phát máy thu máy phát Số lượng chuyển tiếp số chùm Khối điều khiển phân bố kết hợp với ma trận để thiết lập chuổi trạng thái kết nối đầu vào với đầu thời gian khung theo cách thức sóng mang tới vệ tinh chùm định tuyến tới chùm đích Do việc liên kết hai chùm tuần hoàn, trạm phải lưu trữ lưu lượng từ thuê bao phát dạng khối bit việc liên kết chùm thực tế, kĩ thuật sử dụng với truyền dẫn số truy nhập kiểu TDMA Liên kết nhờ quét chùm Mỗi khu vực phủ sóng chiếu rọi định kì chùm anten mà việc định hướng điêuu khiển mạng, tạo chùm phần hệ thống anten phụ đặt vệ tinh Các trạm vùng phát thu khối chúng chùm chiếu rọi nhớ vệ tinh, có hai chùm cần đến thời điểm xác định Một để thiết lập tuyến lên để thiết lập tuyến xuống thời gian chiếu rọi tỉ lệ với lượng tải cần vận chuyển hai vùng Hình 4-6 minh họa cho khái niệm GVHD: Th.S LÊ THỊ CẨM HÀ Page 38 TÌM HIỂU VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH 4.3.3 Các tuyến nối liên vệ tinh Các tuyến nối liên vệ tinh (ISL – Intersatellite Links) xem chùm đặc biệt vệ tinh đa chùm Các chùm trường hợp hướng tới trái đất mà hướng tới vệ tinh khác Có ba loại tuyến nối liên vệ tinh: Các tuyến nối vệ tinh quỹ đao địa tĩnh quỹ đạo thấp Các tuyến nối vệ tinh địa tĩnh Các tuyến nối vệ tinh quỹ đạo thấp Các tuyến nối vệ tinh địa tĩnh với vệ tinh quỷ đạo thấp Kiểu tuyến nối có nhiệm vụ thiết lập trạm chuyển tiếp cố định qua vệ tinh địa tĩnh nhiều trạm nhóm vệ tinh chuyển động quỹ đạo thấp lí kinh tế, trị, người ta không lắp đặt mạng trạm mặt đất lớn để thời điểm có trạm mặt đất nhìn thấy vệ tinh qua Do vệ tinh địa tĩnh sử dụng để nhìn thấy thường xuyên đồng thời từ trạm mặt đất từ vệ tinh quỹ đạo thấp chúng sử dụng để chuyển tiếp thông tin Các tuyến nối vệ tinh địa tĩnh Một tuyến nối liên vệ tinh kết hợp với cấu hình trạm mặt đất phù hợp làm gia tăng dung lượng hệ thống mà đầu tư lớn cho phần mặt đất Một tuyến nối liên vệ tinh địa tĩnh cho phép trạm mặt đất hai mạng liên kết mở rộng vùng phủ sóng hệ thống GVHD: Th.S LÊ THỊ CẨM HÀ Page 39 TÌM HIỂU VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH Các tuyến nối cự ly xa qua vệ tinh dẫn tới góc ngẫng trạm mặt đất nhỏ dể bị can nhiễu tuyến nối qua hai vệ tinh địa tĩnh nối với tuyến nối liên vệ tinh góc ngẫng tăng lên Hình 4-7 trình bày thiết kế mạng toàn cầu dựa vệ tinh địa tĩnh STAR vệ tinh thiết lập nên sở để truyền thông toàn cầu tập hợp vệ tinh cục kết nối với chúng qua tuyến nối liên vệ tinh khu vực Các tuyến nối vệ tinh quỹ đạo thấp Với lợi vệ tinh quỹ đạo thấp tắc nghẽn quỹ đạo vệ tinh địa tĩnh ngày gia tăng dẫn tới phát triển vệ tinh quỹ đạo thấp nhược điểm vệ tinh quỹ đạo thấp (như độ dài thời gian truyền thông hạn chế vùng phủ sóng tương đối hẹp) giảm mạng chứa số lượng lớn vệ tinh liên kết với tuyến nối liên vệ tinh trang bị chế chuyển mạch chùm Như mạng IRIDIUM dùng cho dịch vụ thông tin cá nhân thuộc mạng tế bào toàn cầu Hệ thống kết hợp chùm 77 vệ tinh 4.4 Các mạng vệ tinh tái tạo 4.4.1 Bộ phát đáp tái tạo Hình 4-8 mô tả cấu trúc phát đáp tái tạo GVHD: Th.S LÊ THỊ CẨM HÀ Page 40 TÌM HIỂU VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH 4.4.2 Đặc điểm phát đáp tái tạo Với đặc điểm có sẳn số nhị phân phát đáp nên tạo điều kiện xử lý số trước phát lại vệ tinh tái tạo có đặc tính sau: - - Cho phép chuyển mạch anten thu phát không chuyển mạch tần số vô tuyến mà chuyển mạch băng tần gốc Do ma trận chuyển mạch tần số vô tuyến thay nhớ, tiếp sau ghép kênh số nhị phân lưu trữ trước truyền dẫn tuyến xuông khác Điều cho phép trạm mặt đất phát toàn thông tin chúng theo khối bit phát khối bit cho khung Số lượng khối bit cho khung giảm xuống hiệu khung tăng lên Cho phép chuyển đổi tốc độ tuyến lên tuyến xuống nhờ giải điều chế vệ tinh, số nhị phân lưu lượng mạng thu theo sóng mang có tốc độ khác chuyển mạch băng tần gốc kết hợp lại truocs phát tới tuyến xuống khác phù hợp với nơi đến chúng không phụ thuộc vào dung lượng sóng mang Hình 4-8 minh họa cho vấn đề GVHD: Th.S LÊ THỊ CẨM HÀ Page 41 TÌM HIỂU VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH - Thay vệ tinh đa chùm vệ tinh đơn chùm, chùm quét khu vực khác vùng phục vụ tập hợp khu vực chùm tia quét đến hình thành vùng phủ sóng hệ thống chùm nằm khu vực quét đó, thông tin dành sẳn cho trạm khu vực tách khỏi nhớ vệ tinh phát dạng ghép kênh Đồng thời trạm khu vực phát thông tin dành cho tất trạm khác mạng tới vệ tinh Các thông tin lưu trữ nhớ vệ tinh để phát sau thời điểm chùm qua vùng đích (hình 4-10) GVHD: Th.S LÊ THỊ CẨM HÀ Page 42 TÌM HIỂU VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH Nhằm tạo thuận tiện cho việc lắp đặt cac trạm mặt đất giá thành thấp, sử dụng vệ tinh tái tạo với đường lên dùng phương pháp đa truy nhập FDMA đường xuống dung kĩ thuật TDM Với giải pháp cho phép phát đáp làm việc chế độ bảo hòa dẫn đến EIRP cực đại hệ số hệ số phẩm chất G/T trạm mặt đất giảm Giải pháp mô tả hình 4-11 GVHD: Th.S LÊ THỊ CẨM HÀ Page 43 TÌM HIỂU VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH GVHD: Th.S LÊ THỊ CẨM HÀ Page 44 [...]... tạp âm thấp (LNA) GVHD: Th.S LÊ THỊ CẨM HÀ Page 32 TÌM HIỂU VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH GVHD: Th.S LÊ THỊ CẨM HÀ Page 33 TÌM HIỂU VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH CHƯƠNG IV TRẠM VỆ TINH 4.1 cấu hình trạm vệ tinh với một bộ phát đáp đơn giản Tín hiệu từ trạm phát mặt đất truyền lan đến anten thu của vệ tinh được anten khuếch đại lên rồi qua mạch lọc thông dải để loại bỏ các tín hiệu ngoài dải tần công... CẨM HÀ Page 16 TÌM HIỂU VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH 2.3.1 Khái niệm về sự lan truyền song vô tuyến trong thông tin vệ tinh Có những vấn đề khác nhau liên quan tới sự lan truyền sóng vô tuyến trong thông tin vệ tinh vì việc phát và thu sóng thực hiện giữa một trạm mặt đất và một vệ tinh thông tin ở một cự li khá xa (35687km) Vấn đề lớn nhất là tổn hao khi truyên giữa trạm mặt đất và vệ tinh Có thể nói... độ thông lượng năng lượng tạo ra trên mặt đất của vệ tinh • Hạn chế EIRP phát từ các trạm truyền thông trên mặt đất theo hướng về quỹ đạo vệ tinh địa tĩnh • Hạn chế góc ngẩng nhỏ nhất của anten trạm vệ tinh mặt đất GVHD: Th.S LÊ THỊ CẨM HÀ Page 22 TÌM HIỂU VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH CHƯƠNG 3: KĨ THUẬT TRẠM MẶT ĐẤT 3.1 Công nghệ và đặc tính của anten 3.1.1 Yêu cầu chất lượng đối với thông tin vệ tinh. .. báo lỗi Hệ thống bám từng nấc: Hệ thống này dịch chuyển nhẹ vị trí anten ở các khoảng thời gian nhất định để điều chỉnh sao cho mức tín hiệu thu là cực đại Hệ thống điều khiển theo chương trình: Hệ thống này điều khiển anten dựa trên thông tin quỷ đạo dự đoán trước liên quan đến vệ tinh Các đặc tính về điện GVHD: Th.S LÊ THỊ CẨM HÀ Page 24 TÌM HIỂU VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH 1 Hệ số tăng ích Hệ số... vệ tinh mặt đất Một trạm vệ tinh mặt đất can nhiễu với một vệ tinh Một trạm truyền thông mặt đất can nhiễu với một vệ tinh Một trạm truyền thông mặt đất can nhiễu với một trạm vệ tinh mặt đất Hình 2-3 mô tả các dạng can nhiễu GVHD: Th.S LÊ THỊ CẨM HÀ Page 21 TÌM HIỂU VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH Hình 2-3 Can nhiễu từ các vệ tinh khác và hệ thống vi ba trên mặt đất Nhằm để giảm bớt sự can nhiễu có thể... Hệ thống anten bám vệ tinh Ngay cả vệ tinh ở quỷ đạo địa tĩnh, vị trí của chúng cũng luôn thay đổi khoảng 0,1 theo các hướng đông tây nam bắc Do vậy cần điều khiển anten trạm mặt đất để bám theo vệ tinh Các loại hệ thống anten bám vệ tinh: o - 3.1.4 Hệ thông xung đơn: Hệ thống này luôn xác định tâm búp sóng anten có hướng đúng vào vệ tinh hay không để điều khiển hướng của anten Hệ thông này sử dụng... Page 34 TÌM HIỂU VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH bộ phát đáp làm việc với phân cực ngang Hình 4-2 mô tả sự bố trí 12 kênh cực đứng và 12 kênh phân cực ngang trong dải thông phân định là 500MHz Các vệ tinh loại này chủ yếu chuyển tiếp cho tín hiệu hình Để các vệ tinh địa tĩnh không gây nhiễu lẫn nhau thường phải đặt tọa độ cách 2 0 cho vệ tinh băng C, cách nhau 30 cho băng Ku 4.3 Các mạng vệ tinh nhiều... một hệ số chất lượng cho toàn bộ hệ thống thu bao gồm cả anten Đơn vị sử dụng là dBm/ oK 2.3.8 Sự nhiễu loạn do các sóng can nhiễu Hầu hết các băng tần ấn định cho thông tin vô tuyến vũ trụ thì cũng được ấn định cho thông tin vô tuyến trên mặt đất do đó có 4 loại can nhiễu giữa các hệ thống có thể xảy ra: - Một vệ tinh can nhiễu với một trạm vệ tinh mặt đất Một trạm vệ tinh mặt đất can nhiễu với một vệ. .. gia) nhờ một chùm tia hẹp thì độ tăng ích anten được cao hơn nhờ sự giảm góc mở của chùm tia anten GVHD: Th.S LÊ THỊ CẨM HÀ Page 35 TÌM HIỂU VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH 4.3.1 - Ưu điểm của vệ tinh nhiều chùm Khi thay đổi từ một vệ tinh có vung bao phủ toàn cầu sang một vệ tinh nhiều chùm thì cho phép tiết kiệm được kích thước trạm mặt đất dẫn tới giảm giá thành trạm mặt đất Cho phép tái sử dụng tần... ích lớn 2.3.3 Cửa sổ vô tuyến Trong một số trường hợp, các sóng vô tuyến truyền đến hay đi từ các vệ tinh thông tin, ngoài ra còn chịu sự ảnh hưởng của tầng điện ly và khí quyển đến tổn hao lan truyên do cự li xa GVHD: Th.S LÊ THỊ CẨM HÀ Page 17 TÌM HIỂU VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH Sóng truyền đi từ vệ tinh và trạm mặt đất bị ảnh hưởng bởi tầng điện li khi tần số thấp và bị ảnh hưởng do mưa khi tần ... THỊ CẨM HÀ Page 32 TÌM HIỂU VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH GVHD: Th.S LÊ THỊ CẨM HÀ Page 33 TÌM HIỂU VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH CHƯƠNG IV TRẠM VỆ TINH 4.1 cấu hình trạm vệ tinh với phát đáp... Th.S LÊ THỊ CẨM HÀ Page TÌM HIỂU VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH 1.1 Sự đời hệ thống thông tin vệ tinh Thông tin vô tuyến qua vệ tinh thành tựu nghiên cứu lĩnh vực truyền thông mục tiêu gia tăng mặt... hệ thống thông tin vệ tinh GVHD: Th.S LÊ THỊ CẨM HÀ Page TÌM HIỂU VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH 1.5.1 Phần không gian Phần không gian bao gồm vệ tinh thiết bị đặt vệ tinh hệ thống trang thiết