Thông tin vệ tinh và ứng dụng thông tin vệ tinh trong điều hành bay sân bay vinh

TRƢỜNG ĐẠI HỌC VINH KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài: THÔNG TIN VỆ TINH VÀ ỨNG DỤNG THÔNG TIN VỆ TINH TRONG ĐIỀU HÀNH BAY- SÂN BAY VINH Ngƣời hƣớng dẫn : ThS Cao Thành Nghĩa Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đình Việt Lớp : 47K - ĐTVT Vinh, 5-2010 MỤC LỤC Trang LỜI CẢM ƠN TÓM TẮT ĐỒ ÁN CÁC HÌNH VẼ BẢNG BIỂU SỬ DỤNG TRONG ĐỒ ÁN CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT SỬ DỤNG TRONG ĐỒ ÁN Chƣơng TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN VỆ TINH 12 1.1 Giới thiệu chung 12 1.1.1 Lịch sử đặc điểm thông tin vệ tinh 12 1.1.2 Nguyên lý thông tin vệ tinh 14 1.1.3 Khái niệm đặc điểm sóng vơ tuyến điện thơng tin vệ tinh 15 1.2 Vệ tinh nhân tạo vệ tinh thông tinh 21 1.2.1 Quỹ đạo vệ tinh 21 1.2.2 Phóng vệ tinh, định vị trì vệ tinh quỹ đạo 22 1.2.3 Sơ đồ trạm không gian vệ tinh 25 1.2.4 Anten thông tinh vệ tinh 27 1.3 Trạm mặt đất 28 1.3.1 Yêu cầu trạm mặt đất 28 1.3.2 Cấu hình trạm mặt đất 28 1.3.3 Anten trạm mặt đất 30 1.3.4 Bộ khuếch đại tạp âm thấp LNA (Low Noise Amplifier) 33 1.3.5 Bộ đổi tần (Frequency Converter) 33 1.3.6 Bộ khuếch đại công suất cao HPA (High Power Amplifier) 34 1.4 Kết luận chƣơng 35 Chƣơng TRẠM VSAT VINH 36 2.1 Giới thiệu Trạm VSAT 36 2.2 Mạng thông tin Hàng không việt nam 39 2.3 Trạm VSAT Vinh 41 2.3.1 Các thông số thiết bị trạm VSAT Vinh 41 2.3.2 Đặc tính kỹ thuật trạm VSAT Vinh CST-5000 44 2.4 Quy trình outdoor 46 2.4.1 Thao tác tháo OUTDOOR 46 2.4.2 Thao tác lắp OUTDOOR 46 2.5 Thiết lập tuyến Vinh - Nội Bài 47 2.6 Dùng phần mềm Scitecs Flash để thiết lập tuyến kênh thoại số liệu Vinh-Nội Bài 50 2.6.1 Thiết lập trung kế 50 2.6.2 Thiết lập kênh thoại VHF 51 2.6.3 Thiết lập kênh số liệu AFTN tốc độ 2,4kb/s 53 2.6.4 Minh họa hình trạm VSAT Vinh 54 2.7 Kết luận chƣơng 55 Chƣơng CÁC KỸ THUẬT GHÉP KÊNH, ĐIỀU CHẾ, ĐA TRUY NHẬP TRONG THÔNG TIN VỆ TINH VÀ VSAT VINH 56 3.1 Các kỹ thuật ghép kênh sử dụng thông tin vệ tinh VSAT Vinh 56 3.1.1 Phƣơng pháp ghép kênh FDM 56 3.1.2 Phƣơng pháp ghép kênh TDM 57 3.2 Các kỹ thuật điều chế giải điều chế tín hiệu VSAT 59 3.2.1 Phƣơng pháp điều chế FM 60 3.2.2 Kỹ thuật tách sóng điều tần FM 62 3.2.3 Phƣơng pháp điều chế BPSK 63 3.2.4 Phƣơng pháp điều chế QPSK 66 3.2.5 Phƣơng pháp điều chế DPSK 69 3.3 Kỹ thuật MCPC VÀ SCPC 71 3.3.1 Kỹ thuật MCPC 71 3.3.2 Kỹ thuật SCPC 71 3.4 Các kỹ thuật đa truy nhập sử dụng mạng VSAT 71 3.4.1 Đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA 72 3.4.2 Đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA 73 3.4.3 Đa truy nhập phân chia theo mã CDMA 77 3.5 Kết luận chƣơng 80 KẾT LUẬN 81 TÀI LIỆU THAM KHẢO 82 LỜI CẢM ƠN Để hồn thành đƣợc đề tài Thơng tin vệ tinh ứng dụng thông tin vệ tinh vào điều hành bay - sân bay Vinh trƣớc tiên em xin chân thành cảm ơn ban giám hiệu Trƣờng Đại học Vinh, thầy cô Ban chủ nhiệm Khoa ĐIỆN TỬ VIỄN THƠNG thầy môn tạo điều kiện cho em đƣợc học tập, rèn luyện, hội tụ kỹ chuyên ngành truyền thụ nhiều kiến thức cho em làm tảng học vấn đƣờng nghiệp Sau em xin chân thành cảm ơn thầy Ths Cao Thành Nghĩa giảng viên trực tiếp định hƣớng hƣớng dẫn em sâu vào nghiên cứu đề tài thông tin vệ tinh mạng Vsat đƣợc úng dụng ngành nhƣ hàng không, quân sự, mẻ so với kiến thức mà em đƣợc học, giúp em mở rộng tầm hiểu biết lĩnh vực phát triển với tốc độ nhanh chóng vơ hữu ích sống Sinh viên thực Nguyễn Đình Việt TĨM TẮT ĐỒ ÁN Mục đích đồ án với đề tài : “Thông tin vệ tinh ứng dụng thông tin vệ tinh vào điều hành bay- sân bay Vinh” nghiên cứu Thông tin vệ tinh ứng dụng thông tin vệ tinh vào điều hành bay-sân bay Vinh gồm hai phần phần không gian phần mặt đất Phần không gian bao gồm vệ tinh thơng tin, anten vệ tinh, có loại anten vệ tinh nhƣ anten loa, anten phản xạ anten dãy phần phụ trợ nhƣ phân hệ điều khiển quỹ đạo tƣ vệ tinh, phân hệ động cơ, phân hệ cung cấp điện năng, phân hệ đo, bám điều khiển TT&C, phân hệ điều hồ nhiệt khung vệ tinh Cịn phần mặt đất bao gồm toàn hệ thống trạm thu-phát mặt đất Trạm mặt đất tiếp nhận luồng tín hiệu từ mạng mặt đất trực tiếp từ thiết bị đầu cuối ngƣời sử dụng, xử lý phát lên vệ tinh tần số mức cơng suất thích hợp cho hoạt động vệ tinh Cịn trạm mặt đất thu thu sóng mang đƣờng xuống vệ tinh tần số chọn trƣớc, xử lý tín hiệu trạm để chuyển thành tín hiệu băng gốc sau cung cấp cho mạng mặt đất trực tiếp tới thiết bị đầu cuối ngƣời sử dụng Cũng tƣơng tự nhƣ thông tin vệ tinh ta tìm hiểu vè phần trạm Vsat vinh dạng quỹ đạo vệ tinh nhƣ quỹ đạo trái đất tầm thấp (LEO), quỹ đạo trái đất tầm trung (MEO), quỹ đạo trái đất tầm cao (HEO) quỹ đạo địa tĩnh GSO Ta biết có đặc điểm thông tin vệ tinh so với hệ thống thông tin dƣới biển mặt đất khả đa truy nhập Đa truy nhập thông tin vệ tinh kỹ thuật mà số trạm mặt đất truy nhập tới phát đáp vệ tinh thời điểm Có kỹ thuật ghép kênh, điều chế, đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA), đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA) đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA) thông tinh vệ tinh trạm VSAT Vinh Và thiết kế tuyến kênh thoại số liệu Vinh - Nội Bài Nội dung đồ án đƣợc thể nhƣ sau: Chƣơng I: Tổng quan thông tin vệ tinh Chƣơng II: Trạm VSAT Vinh Chƣơng III:Các kỹ thuật ghép kênh,điều chế,đa truy nhập thông tin vệ tinh Vsat Vinh Thông tin vệ tinh có ƣu điểm bật có tốc độ phát triển nhanh chóng nhƣ hi vọng tƣơng lai dần thay hệ thống thơng tin khác CÁC HÌNH VẼ BẢNG BIỂU SỬ DỤNG TRONG ĐỒ ÁN Trang Hình 1.1 Đồ thị biểu diễn suy hao mƣa tầng điện ly theo tần số .15 Hình 1.2 Đƣờng lên đƣờng xuống thông tin vệ tinh 18 Hình 1.3 Một số quỹ đạo vệ tinh 22 Hình 1.4 Phóng vệ tinh dựa quỹ đạo Hohmann 23 Hình 1.5 Sơ đồ kênh thông tin vệ tinh 26 Hình 1.6 Sơ đồ khối thu băng rộng 27 Hình 1.7 Sơ đồ khối phát đáp 27 Hình 1.8 Một số loại anten dùng vệ tinh thông tin 28 Hình 1.9 Cấu hình trạm mặt đất 29 Hình 1.10 Các loại an ten trạm mặt đất 32 Hình 1.11 Bộ HPA khuếch đại nhiều sóng mang 35 Hình 2.1 Hệ thống VSAT trạm vinh 36 Hình 2.2 Hình ảnh khối thiết bị ODU 37 Hình 2.3 Hình ảnh khối thiết bị IDU .37 Hình 2.4 Kiến trúc trạm VSAT 38 Hình 2.5 Sơ đồ giao diện vệ tinh Vinh 39 Hình 2.6 Sơ đồ mạng thơng tin vệ tinh 39 Hình 2.7 Thiết bị RF CST-5000 42 Hình 2.8 Mặt dƣới thiết bị RF CST-5000 42 Hình 2.9 Bộ khuyếch đại tạp âm LNA 43 Bảng 1.2 đặc tính kỹ thuật trạm VSAT Vinh 44 Hình 2.10 Mơ thiết lập kênh thoại VHF 54 Hình 2.11 Mô thiết lập kênh số liệu AFTN .55 Hình 3.1 Minh họa ghép kênh FDM cho kênh thoại .57 Hình 3.2 Hệ thồng ghép kênh TDM cho tín hiệu thoại…………………… 59 Hình 3.3 Cấu trúc khung T1 hệ thống Bell 59 Hình 3.4 Đặc tuyến truyền đạt tách sóng tần số .63 Hình 3.5 Dạng tín hiệu điều chế BPSK 64 Hình 3.6 Sơ đồ phƣơng pháp điều chế BPSK .64 Hình 3.7 Sơ đồ khối giải điều chế BPSK 65 Hình 3.8 Sơ đồ khối hệ thống điều chế QPSK 67 Hình 3.9 Dạng tín hiệu điều chế QPSK .67 Hình 3.10 Giản đồ pha phƣơng pháp điều chế QPSK 68 Hình 3.11 Sơ đồ khối hệ thống giải điều chế QPSK 68 Hình 3.12 Sơ đồ khối mạch điều chế DPSK 69 Hình 3.13 Sơ đồ khối giải điều chế DPSK 70 Hình 3.14 Một số dạng sóng điều chế giải điều chế DPSK .70 Hình 3.15 Mơ hình phƣơng pháp đa truy nhập FDMA 73 Hình 3.16 Phân chia thời gian sử dụng băng tần sóng mang TDMA .74 Hình 3.17 Mơ tả cấu trúc cụm lƣu lƣợng TDMA .75 Hình 3.18 Sơ đồ khối phần thiết bị phát trạm trái đất sử dụng TDMA 76 Hình 3.19 Sơ đồ khối thiết bị thu trạm trái đất sử dụng TDMA 76 Hình 3.20 Chuỗi nhị phân giả ngẫu nhiên PN .78 Hình 3.21 Thực trải tần sử dụng chuỗi PN 78 CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT SỬ DỤNG TRONG ĐỒ ÁN Viết tắt AM BER BO BSS CCIR Tiếng Anh Amplitude Modulation Bit Error Rate Back Off Broadcast Sattelite Services Comite Consultatif International des Radiocommunications CDMA Code Division Multiplex Access C/N Carrier to Noise Power Ratio DBS D/C DSI DTH Direct Broadcast Sattelite Down/Convertor Digital Speech Interpolation Direct To Home Eb/N0 Energy per Bit to Noise EIRP FCC Equiralent Isotropic Radiated Power Federal Communication Comission Nghĩa tiếng Việt Điều chế biên độ Tỷ số lỗi bít Độ lùi Dịch vụ vệ tinh quảng bá Uỷ ban tƣ vấn vô tuyến quốc tế Đa truy nhập phân chia theo mã Tỷ số sóng mang tạp âm Vệ tinh quảng bá trực tiếp Bộ biến đổi hạ tần Nội suy tiếng nói số Trực tiếp đến nhà Tỷ số lƣợng bít mật độ tạp âm Công suất phát xạ đẳng hƣớng tƣơng đƣơng Ủy ban thông tin liên bang Frequency Division Multiplex Access Fixed Satellite Services Gali-Arsenic Field Effect Transistor Ghép kênh phân chia theo tần số Đa truy nhập phân chia theo tần số Dịch vụ vệ tinh cố định Tranzito trƣờng loại bán dẫn hỗn tạp Gali-Arsenic GSO Geostationary Orbit Quỹ đạo địa tĩnh HDTV High Definition Television Truyền hình số độ phân dải cao HEO High Earth Orbit Quỹ đạo trái đất tầm cao HPA High Power Amplifier Bộ khuếch đại công suất cao FDM FDMA FSS GaAs-FET Frequency Division Multiplex IBS Intelsat Business Service Thƣơng mại Intelsat IF Intermediate Frequency Tần số trung tần IMUX In Multiplexer Bộ phân kênh đầu vào INMASAT International Maritime Sattelite Thông tin vệ tinh hàng hải International INTELSAT Telecommunications Sattelite Organization Tổ chức vệ tinh viễn thông quốc tế ISDN Intergrated Service Digital Netword Mạng thông tin số đa dịch vụ tích hợp ITU International Telecommunications Union Liên đồn viễn thông quốc tế LEO Low Earth Orbit Quỹ đạo trái đất tầm thấp LNA Low Noise Amplifier Bộ khuếch đại tạp âm thấp MARISAT Maritime Satellite Vệ tinh hàng hải MEO Medium Earth Orbit Quỹ đạo trái đất tầm trung MOD Modulator Bộ điều chế NGSO Non Geostationary Orbit Quỹ đạo không địa tĩnh OMUX Out Multiplexer Bộ ghép kênh đầu PM Phase Modulation Điều chế pha PSK Phase Shift Keying Điều chế pha số PSTN Public Switch Networds Mạng chuyển mạch công cộng QPSK Quadrature Phase Shift Keying Điều chế khóa chuyển pha vng góc RB1 RF Reference Burst Radio Frequency SCPC Single Channel Per Carrier SES SSPA S/N TB1 Satellite Earth Station Solid State Power Amplifier Signal/Noise Traffic Burst Cụm chuẩn Tần số vô tuyến Một kênh sóng mang Trạm mặt đất Bộ khuếch đại bán dẫn Tỷ số tín hiệu tạp âm Cụm lƣu lƣợng 10 3.2.4.3 Phƣơng pháp giải điều chế QPSK +1 pi(t) +1 -1 -1 Hình 3.10 Giản đồ pha phƣơng pháp điều chế QPSK Sơ đồ khối hệ thống giải điều chế QPSK đƣợc mơ tả nhƣ hình 3.11 Giả thiết dạng sóng mang đầu vào pi(t) cos0t- pq(t)sin0t Có thể nhận thấy hệ thống giải điều chế QPSK đƣợc tạo thành từ hệ thống giải điều chế BPSK, với nguyên lý giải điều chế BPSK, sau lọc thông thấp LPF đầu giải điều chế BPSK phía 0,5pi(t) giải điều chế phía dƣới 0,5pq(t) Tiếp theo tín hiệu đƣợc kết hợp với biến đổi song song thành nối tiếp tạo thành tín hiệu đầu p(t) cần thu Bộ lọc thông thấp S(t) cos0t Quay pha 900 -sin0t Bộ lọc 900 0,5pi(t) Bộ chuyển đổi từ song song sang nối tiếp 0,5pq(t) thơng thấp Hình 3.11 Sơ đồ khối hệ thống giải điều chế QPSK p(t): Tín hiệu số cần thu 0,5pi(t): Tín hiệu số sau giải điều chế kênh I 0,5pq(t): Tín hiệu số sau giải điều chế kênh Q 3.2.4.4 Ƣu điểm nhƣợc điểm phƣơng pháp điều chế QPSK 68  Ƣu điểm: Cũng giống nhƣ phƣơng pháp BPSK, điều chế QPSK có tính chống nhiễu tốt so với phƣơng pháp điều chế dịch tần FSK dịch biên độ ASK Cùng luồng liệu đầu vào, phƣơng pháp QPSK điều chế theo tốc độ ký hiệu 1/2 tốc độ bit , nên so với phƣơng pháp BPSK tín hiệu sau điều chế phƣơng pháp QPSK yêu cầu băng thông 1/2 so với sử dụng phƣơng pháp BPSK  Nhƣợc điểm: Các mạch điều chế giải điều chế QPSK phức tạp so với BPSK, thực chất mạch điều chế giải điều chế QPSK mạch điều chế giải điều chế hoạt động song song 3.2.5 Phƣơng pháp điều chế DPSK [3] 3.2.5.1 Đặc điểm phƣơng pháp điều chế DPSK Phƣơng pháp dịch pha tƣơng đối DPSK phƣơng pháp dịch pha mà pha sóng mang thay đổi bit thơng tin khác với bit thơng tin trƣớc Nhƣng bit báo hiệu phải đƣợc truyền trƣớc truyền tin Đây phƣơng pháp cho phép giải điều chế mà khơng cần khơi phục sóng mang 3.2.5.2 Phƣơng pháp thực điều chế giải điều chế DPSK Sơ đồ khối mạch điều chế DPSK đƣợc mô tả hình 3.12, trƣớc đƣợc điều chế pha thơng thƣờng nhƣ BPSK QPSK tín hiệu đƣợc đƣa qua mạch lật trạng thái (T- FF) nhằm biến đổi thành dạng tín hiệu Tín hiệu vào S(t) T Q _ Q Mạch điều chế pha thông thƣờng Xung nhịp CLK Hình 3.12 Sơ đồ khối mạch điều chế DPSK Sơ đồ khối thực giải điều chế trình bày nhƣ hình 3.13 Dạng tín hiệu tham gia tạo thành trình giải điều chế, 69 giải điều chế BPSK dùng phƣơng pháp điều chế BPSK đƣợc trình bày hình 3.14 3.2.5.3 Ƣu điểm nhƣợc điểm phƣơng pháp điều chế DPSK  Ƣu điểm: Phƣơng pháp điều chế DPSK sử dụng tƣơng quan tín hiệu để mã hố lợi dụng đặc điểm để giải mã khơng địi hỏi phải khơi phục sóng mang Tín hiệu DPSK C Mạch tách sóng Tách sóng đƣờng bao D Khôi phục B Mạch trễ CLK Đảo pha A Hình 3.13 Sơ đồ khối giải điều chế DPSK S(t) S(t) CLK Q DPSK Trễ đảo pha B C S(t) D Hình 3.14 Một số dạng sóng điều chế giải điều chế DPSK  Nhƣợc điểm: So với phƣơng pháp điều chế BPSK QPSK điều chế BPSK thực chất thêm vào mạch điều chế mạch lật trạng thái Mạch giải điều chế yêu cầu phức tạp 70 3.3 Kỹ thuật MCPC VÀ SCPC [5] 3.3.1 Kỹ thuật MCPC MCPC (Multi Chanel per Carrier) kỹ thuật đƣợc sử dụng phổ biến thông tin vệ tinh MCPC kết hợp ký thuật đơn kênh sóng mang SCPC kỹ thuật ghép kênh TDM Các lƣu lƣợng yêu cầu thiết bị đầu cuối sử dụng đƣợc ghép kênh TDM với nhau, sau kênh lƣu lƣợng tổng đƣợc điều chế với sóng mang Nhƣ lƣu lƣợng thiết bị đầu cuối sử dụng chiếm khe thời gian kênh TDM Tại phía thu, sau thu lọc sóng mang MCPC đƣợc giải điều chế thu lấy tín hiệu nhị phân băng gốc, sau dịng tín hiệu băng gốc đƣợc phân tách thành khe thời gian tƣơng ứng cho thiết bị đầu cuối sử dụng tƣơng ứng 3.3.2 Kỹ thuật SCPC Kỹ thuật đơn kênh sóng mang SCPC (Single Chanel per Carrier) thƣờng đƣợc sử dụng cho u cầu thơng tin có lƣu lƣợng nhỏ phát sinh ngẫu nhiên, nhằn tránh lãng phí tài nguyên mạng sử dụng MCPC Kỹ thuật SCPC cho phép sóng mang điều chế với kênh thơng tin đơn Khi lƣu lƣợng thiết bị đầu cuối sử dụng kênh đƣợc điều chế trực tiếp với sóng mang Tại trạm thu, sau tiến hành thu lọc tín hiệu sóng mang điều chế cần thiết, sóng điều chế đƣợc giải điều chế thu lấy thông tin, thông tin đƣợc truyền trực tiếp đến thiết bị đầu cuối sử dụng tƣơngứng Sử dụng kỹ thuật SCPC cho phép sử dụng biện pháp nâng cao hiệu suất sử dụng tài nguyên mạng nhƣ đa truy nhập theo yêu cầu DAMA, nâng cao chất lƣợng thông tin nhƣ kỹ thuật điều chế thích nghi ADPCM 3.4 Các kỹ thuật đa truy nhập sử dụng mạng VSAT Trạm trái đất mạng VSAT thông tin qua vệ tinh sóng mang đƣợc điều chế Tuỳ theo cấu hình mạng mà phƣơng thức khác đƣợc sử dụng để truyền đồng thời sóng mang trạm trái đất 71 qua transponder vệ tinh Các phƣơng thức đƣợc gọi phƣơng pháp đa truy nhập Đối với mạng VSAT thông tin chiều, trạm hub quảng bá thông tin tới VSAT thu, khơng có sóng mang khác tranh chấp truy nhập transponder vệ tinh khơng cần sử dụng kỹ thuật đa truy nhập Cịn mạng VSAT thơng tin chiều có tƣợng có nhiều sóng mang tham gia vào truy nhập transponder vệ tinh địi hỏi phải sử dụng kỹ thuật đa truy nhập Trong mạng VSAT kỹ thuật đa truy nhập đƣợc sử dụng FDMA, TDMA, CDMA, RTMA ngồi cịn có kỹ thuật khác DAMA, PAMA Thông thƣờng kỹ thuật đa truy nhập đƣợc kết hợp với kết hợp với kỹ thuật SCPC, MCPC để nâng cao hiệu suất độ tin cậy mạng 3.4.1 Đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA [8] 3.4.1.1 Đặc điểm phƣơng pháp thực đa truy nhập FDMA Đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA phƣơng pháp đƣợc sử dụng rộng rãi thông tin vệ tinh nhƣ mạng VSAT Trong phƣơng pháp trạm mặt đất phát số sóng mang có tần số khác với tần số sóng mang trạm khác, hai sóng mang có băng tần bảo vệ cho chúng không bị chồng lẫn lên Do cho phép tất trạm phát sóng mang liên tục Phƣơng pháp đa truy nhập FDMA băng tần transponder vệ tinh sử dụng cho nhiều sóng mang với tần số khác nhau, đƣợc mơ tả nhƣ hình 3.15 Bộ transponder vệ tinh thu khuếch đại tồn sóng mang có băng tần nằm băng tần mình, sau phát trở lại mặt đất Các trạm trái đất thu sóng mang downlink có liên quan Các sóng mang sử dụng phƣơng pháp đa truy nhập FDMA thƣờng sử dụng kỹ thuật SCPC MCPC 72 Thời gian Tần số Dải thông Transponer Đƣợc dung VSAT VSAT VSAT VSAT n Hình 3.15 Mơ hình phƣơng pháp đa truy nhập FDMA 3.4.1.2 Ƣu điểm nhƣợc điểm phƣơng pháp đa truy nhập FDMA  Ƣu điểm: Do sóng mang phát độc lập đồng thời không cần thiết điều khiển định thời đồng bộ, thiết bị đơn giản  Nhƣợc điểm: Vì kênh truyền dẫn đƣợc phân chia theo tần số theo lọc băng thông, nên phƣơng pháp thiếu linh hoạt việc thay đổi phƣơng pháp phân phối kênh thông tin Khi phải thay đổi tần số sóng mang dung lƣợng nó, phải thiết lập lại phân bổ tần số cho tất trạm khác mạng Với mạng VSAT có số lớn trạm vấn đề giải nhiễu sóng mang phức tạp 3.4.2 Đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA [8] 3.4.1.1 Đặc điểm phƣơng pháp thực đa truy nhập TDMA Đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA yêu cầu tất thông tin cần truyền phải đƣợc chuyển thành dịng bit gói liệu trƣớc truyền tới vệ tinh Các trạm trái đất sử dụng chung transponder sử dụng băng tần sóng mang để truyền thơng tin Hệ thống TDMA thƣờng định khung thời gian gọi khung TDMA, khung có khoảng thời gian đƣợc phân chia cho trạm Mỗi trạm phát sóng mang chứa lƣu lƣợng thơng tin khoảng thời gian đƣợc phân gọi khe thời gian khung thời gian Giữa hai khe thời gian cạnh có khoảng thời gian trống bảo vệ để sóng mang phát từ nhiều trạm không 73 chồng lẫn Các trạm mặt đất đƣợc phát tín hiệu khe thời gian đƣợc ấn định cho chúng đƣợc phép chiếm tồn băng tần sóng mang Hình 3.16 mô tả cách phân chia thời gian sử dụng băng tần sóng mang đa truy nhập TDMA f Khung TDMA A B C D A Băng thông dùng cho transponder Hình 3.16 Phân chia thời gian sử dụng băng tần sóng mang TDMA Độ dài khe thời gian đƣợc ấn định cho trạm mặt đất đƣợc xác định trƣớc tỷ lệ với yêu cầu lƣu lƣợng trạm Mỗi trạm mặt đất phát tín hiệu khe thời gian đƣợc ấn định khung TDMA, tín hiệu phát từ trạm mặt đất nằm khe thời gian đƣợc ấn định gọi cụm lƣu lƣợng (burst) Các cụm khơng đƣợc chồng lấn lên nhau, chúng phải có khoảng bảo vệ Để điều khiển cụm phát vào khe thời gian ấn định, phải thực đồng cụm khoảng cách trạm mặt đất vệ tinh thay đổi thay đổi vị trí vệ tinh so với vị trí danh định Khoảng cách thay đổi nên thời gian truyền cụm lƣu lƣợng từ trạm mặt đất đến vệ tinh thay đổi liên tục, đồng hồ riêng trạm có tần số khác Nếu khơng có đồng cụm, cụm phát trƣợt khỏi khe thời gian qui định transponder Đồng khung TDMA thực cách ngồi cụm lƣu lƣợng cịn có thêm cụm chuẩn Cụm chuẩn trạm chuẩn phát Nhƣ mạng thông tin vệ tinh TDMA gồm nhiều trạm lƣu lƣợng phải có trạm chuẩn Trạm lƣu lƣợng phát cụm lƣu lƣợng chứa số liệu lƣu lƣợng, trạm chuẩn phát cụm đặc biệt theo chu kỳ gọi cụm 74 chuẩn Cụm chuẩn cung cấp chuẩn định thời cho khung TDMA có chu kỳ khung TDMA Các trạm lƣu lƣợng phát cụm lƣu lƣợng dựa vào cụm chuẩn để định thời phát cụm lƣu lƣợng trạm Hình 3.17 minh hoạ cho cấu trúc cụm lƣu lƣợng khung TDMA Sơ đồ khối trình tạo cụm lƣu lƣợng trạm trái đất đƣợc mơ tả nhƣ hình 3.18, gọi trạm trái đất A, đƣờng truyền trái đất kết nối với trạm trái đất A mang lƣu lƣợng số cần ký hiệu B, C, X Giả sử tốc độ bit giống cho lƣu lƣợng số liệu đƣờng kết nối trái đất Tại đơn vị khối thiết bị giao diện trái đất TIM (terrestrial interface module) dòng bit liên tục đầu vào đƣợc biến đổi thành chế độ thành chế độ lƣu lƣợng cụm gián đoạn, lƣu lƣợng liệu gián đoạn đƣợc ghép kênh theo thời gian ghép kênh thời gian, cụm lƣu lƣợng suất khe thời cụm lƣu lƣợng đầu Để đảm bảo khe thời gian bắt đầu cụm lƣu lƣợng trạm trái đất chứa thông tin định thời đồng bộ, khe thời gian đƣợc đƣa vào liệu gọi tín hiệu mào đầu (preamble) Một cụm lƣu lƣợng hoàn chỉnh chứa liệu thông tin cần truyền liệu mào đầu, dùng để điều chế pha sóng mang vơ tuyến Cụm lƣu lƣợng Cụm chuẩn Khung TDMA Hình 3.17 Mô tả cấu trúc cụm lƣu lƣợng TDMA 75 To A Giao tiếp trái đất To B Giao tiếp trái đất Khối ghép kênh To C Giao tiếp trái đất Điều chế pha Tx Tạo chuổi mào đầu Hình 3.18 Sơ đồ khối phần thiết bị phát trạm trái đất sử dụng TDMA Tại trạm trái đất thu sóng mang đƣợc thực theo bƣớc ngƣợc lại với phía phát To A Giao tiếp trái đất To B Giao tiếp trái đất To C Giao tiếp trái đất Bộ chia kênh Điều chế pha Khôi phục chuổi mào đầu Rx Tới định thời thu phát Hình 3.19 Sơ đồ khối thiết bị thu trạm trái đất sử dụng TDMA 3.4.1.2 Ƣu điểm nhƣợc điểm phƣơng pháp đa truy nhập TDMA  Ƣu điểm: Ln ln có sóng mang chiếm dụng kênh vệ tinh thời điểm nên không xảy tƣợng xuyên điều chế (intermodulation) Hiệu suất TDMA giữ đƣợc mức cao số trạm trái đất truy nhập transponder lớn FDMA khơng Khơng cần có điều khiển công suất phát trạm để tránh tƣợng lấn át tín hiệu kênh nhƣ FDMA Tất trạm làm việc tần số dù trạm thu hay phát, khơng cần phải dị sóng (tunning) tần số dao động 76 nội đƣợc cố định Khi bổ sung trạm ngƣời ta việc mở rộng khung thay đổi phần mào đầu thông tin cho định thời TDMA  Nhƣợc điểm: Tuy nhiên TDMA cần có đồng phức tạp, sai gây lỗi Thiết bị đắt tiền 3.4.3 Đa truy nhập phân chia theo mã CDMA [8] 3.4.3.1 Đặc điểm phƣơng pháp thực đa truy nhập CDMA Đối với phƣơng pháp đa truy nhập phân chia theo mã CDMA (Code Division Multiple Access), trạm mạng phát liên tục sóng mang tần số, thời gian Quá trình nhân biết sóng mang khắc phục giao thoa tín hiệu đƣợc thực cách trạm nhận biết mã riêng Mã chuỗi bit, đƣợc tổ hợp với thơng tin truyền hữa ích máy phát Mã cần có đặc tính: Mã dễ nhận dạng từ nó, mã nhận dạng dễ dàng bất chấp mã khác mạng việc truyền thơng tin có mã địi hỏi dải thơng cao tần lớn nhiều tín hiệu ngun thuỷ Đó lý thực trải phổ CDMA, CDMA cịn gọi kỹ thuật trải phổ SSMA (Spread Spectrum Multiple Access) Trải phổ đƣợc định nghĩa phƣơng pháp truyền dẫn mà tín hiệu chiếm băng thông lớn nhiều băng thông tối thiểu yêu cầu cho truyền thông tin, mã trải phổ phụ thuộc vào dạng liệu cần thiết đồng mã thiết bị thu để nén phổ khơi phục lại thơng tin Có số kỹ thuật đƣợc sử dụng cho q trình trải phổ Đó điều chế pha giả ngẫu nhiên sóng mang, nhảy tần, nhảy thời gian, lai ghép chúng Giả ngẫu nhiên có nghĩa có tính chất giống ngẫu nhiên nhƣng hồn tồn khơng ngẫu nhiên xác định trƣớc đƣợc Một chuỗi nhị phân có chiều dài hữu hạn bit xếp ngẫu nhiên, đƣợc sử dụng để điều chế pha sóng mang, cách tạo chuỗi giả ngẫu nhiên phía phát, thay đổi pha ngẫu nhiên dự đốn đƣợc khơi phục lại đƣợc thơng tin Chuỗi nhị phân giả ngẫu nhiên có tính chất nhiễu băng rộng, đƣợc gọi tạp âm giả, chuỗi PN Chuỗi PN đƣợc tạo xung nhịp đều, nhƣ hình 77 3.20 Các bit chuỗi nhị phân giả ngẫu nhiên đƣợc gọi chip, tốc độ nhịp đƣợc đo chip giây (c/s) Hình 3.21 mơ tả q trình thực trải phổ, liệu điều chế sóng mang bình thƣờng giống phƣơng pháp khác Chu kỳ chip Tc Chu kỳ Chip Hình 3.20 Chuỗi nhị phân giả ngẫu nhiên PN PPN(t)Acos(t+t) Điều chế pha Acos(t+t) Acos(t+t) Giải điều chế cân Tx PPN(t) Rx Điều chế cân Giải điều chế pha PPN(t) Bộ tạo chuổi Bộ tạo chuổi Hình 3.21 Thực trải tần sử dụng chuỗi PN Để cụ thể hơn, giả thiết cấp điều chế tín hiệu số tách biệt với điều chế mã Sóng mang điều chế liệu đƣợc mô tả Acos[t+ (t)], (t) điều chế pha Tín hiệu đƣa qua điều chế cân sử dụng cho điều chế mã, tín hiệu đầu vào đƣợc nhân với chuỗi PN Ký hiệu chuỗi PN PPN(t), tín hiệu đầu điều chế cân có dạng: eR= PPN(t)Acos[t+ (t)] (3.13) Tại phía thu, tín hiệu thu đƣợc nhân với chuỗi PPN(t) đƣợc khơi phục phía thu Giả thiết đạt đƣợc đồng mã phát thu, đầu điều chế cân phía thu là: 78 eR=P2PN(t)Acos[t+ (t)] (3.14) Nhƣng PPN(t) tín hiệu nhị phân, P2PN=1, tín hiệu đầu điều chế cân phía thu là: eR= Acos[t+ (t)] (3.15) Tín hiêu mang thơng tin trực tiếp khơi phục từ sóng mang thơng tin theo phƣơng pháp giải điều chế thông thƣờng ứng với phƣơng pháp điều chế Có thể nhận thấy khơng đạt đƣợc tƣơng ứng phía thu phía phát, ngun nhân khơng đạt đƣợc đồng thực mã PN phía thu bị sai, điều kiện P2PN=1 không đạt đƣợc xảy điều chế ngẫu nhiên pha sóng mang làm sai hỏng thơng tin sau giải điều chế Cần thiết phải đạt đƣợc đồng cao mã bên phát bên thu, vấn đề đƣợc giải với việc bắt đồng ban đầu Kỹ thuật trải phổ làm tăng bảo mật thơng tin, tín hiệu sau trải phổ có băng tần trải rộng gây khó khăn cho việc thu gây nhiễu thông tin đƣợc truyền khơng biết xác từ mã Năng lƣợng tạp âm hay nhiễu đƣợc giảm đƣợc đại diện tăng ích xử lý (Processing gain), đƣợc tính bởi: GP  Tb Tc (3.16) Trong Tb đại diện cho chu kỳ bit liệu, Tc: đại diện cho chip mã Tỷ số cịn gọi Eq số chip bit Nó tỷ số tốc độ mã hoá tốc độ liệu tỷ số độ rộng băng tần sau điều chế băng thông tín hiệu điều chế mang thơng tin Thơng thƣờng số chip bit từ 50 đến 500 Nếu EJ lƣợng nhiễu đầu vào nén phổ, lƣợng nhiễu đầu EJ/Ep Nhƣ tỷ số tín hiệu tạp âm đầu đƣợc tăng lên Cũng cần lƣu ý kỹ thuật trải phổ khơng tác động có hiệu tác động toàn băng tần nhƣ tạp âm nhiệt 79 3.4.3.2 Ƣu điểm, nhƣợc điểm phƣơng pháp đa truy nhập CDMA  Ƣu điểm: Có tính bảo mật cao sử dụng kỹ thuật trải phổ Điều thích hợp cho thơng tin đặc biệt u cầu tính bảo mật cao, ví dụ nhƣ quân đội Đặc tính chống nhiễu tốt gíup CDMA thích hợp cho dịch vụ cần búp sóng rộng nhƣ thơng tin di động thơng tin vệ tinh Có độ linh hoạt hồn hảo bổ sung trạm cấu hình lại trạm cũ, cần thiết lập mã cho khơng tuơng quan với mã dùng  Nhƣợc điểm: Kỹ thuật CDMA yêu cầu có băng tần rộng Việc đồng mã PN bên thu bên phát, nhƣ tạo mã PN thích hợp phức tạp 3.5 Kết luận chƣơng Với kỹ thuật ghép kênh, điều chế đa truy nhập đƣợc ứng dụng thông tin vệ tinh Vsat cho hiểu công nghệ ngày phát triển đại, giải giảm chi phí sản xuất nhƣ tiết kiệm thời gian ngành viễn thông Chƣơng xét công nghệ đa truy nhập khác nhƣ FDMA, TDMA CDMA Hiện hai công nghệ FDMA TDMA đƣợc sử dụng phổ biến Trong tƣơng lai công nghệ CDMA đƣợc áp dụng ngày phổ biến Cơng nghệ CDMA có số ƣu điểm sau: + Do búp sóng anten VSAT rộng nên dễ bị nhiễu vệ tinh lân cận Thuộc tính trải phổ CDMA cho phép loại đƣợc nhiễu + Có thể tránh đƣợc nhiều đa đƣờng trễ tín hiệu phản xạ lớn chu kỳ chip máy thu khóa đến sóng trực tiếp + Khơng nhƣ TDMA, CDMA khơng địi hỏi đồng trạm hệ thống Điều có nghĩa trạm truy nhập hệ thống thời điểm + Khi tăng thêm kênh cho lƣu lƣợng Eb/N0 giảm mức độ chấp thuận, hệ thống hoạt động 80 KẾT LUẬN Thông tin vệ tinh lĩnh vực phát triển, bị cạnh tranh mạnh mẽ dịch vụ hữu tuyến nhƣ hệ thống mạng cáp quang,cáp đồng trục …có lƣu lƣợng lớn giá thành rẻ nhƣng với ƣu điểm đặc điểm địa hình Việt Nam phức tạp, có nhiều khu vực đồi núi hiểm trở, hẻo lánh quần đảo xa xôi nên việc thiết lập tuyến thông tin tầm thấp truyền thống nhƣ cáp đồng trục, cáp quang, vi ba … gặp nhiều khó khăn Việc triển khai mạng thơng tin vệ tinh hợp góp phần quan trọng phát triển kinh tế nhƣ đảm bảo an ninh trị chủ quyền lãnh thổ quốc gia Vệ tinh Việt Nam Vinasat-1 đƣợc đƣa vào hoạt động giai đoạn xu hƣớng thị trƣờng giới tiếp tục phát triển nên có nhiều hội để hội nhập phát triển Với chiến lƣợc kinh doanh tốt Vinasat-1 không đáp ứng đầy đủ nhu cầu sử dụng doanh nghiệp nƣớc mà có nhiều khả năng, hội tiếp cận thị trƣờng thông tin vệ tinh khu vực châu Á bƣớc thâm nhập thị trƣờng giới Với thời gian nghiên cứu, tìm hiểu làm việc trực tiếp thơng tinh vệ tinh Vsat sân bay vinh hàng ngày với giúp đỡ tạo điều kiện lãnh đạo quan đài kiểm soát sân bay vinh đồng nghiệp cộng với hƣớng dẫn tận tình giáo viên hƣớng dẫn em hồn thành đồ án “Thơng tin vệ tinh ứng dụng thông tin vệ tinh vào điều hành baysân bay Vinh ” Em kính mong thầy giáo đóng góp ý kiến bổ sung thêm để đề tài em đƣợc hoàn chỉnh Em xin chân thành cảm ơn 81 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] KS Nguyễn Đình Lƣơng dịch, Thơng tin vệ tinh, Tổng cục Bƣu điện, 1997 [2] TS Nguyễn Phạm Anh Dũng, Giáo trình Thơng tin di động, Học viện Cơng Nghệ Bƣu Chính Viễn Thơng, 2002 [3] Thơng tin vệ tinh địa tĩnh, Trƣờng đại học Công Nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội [4] Gv.Nguyễn Trung Tấn, Bài giảng Thông tin vệ tinh, Trung tâm kỹ thuật viễn thông [5].Biên soạn: Ths Nguyễn Văn Đát, Ths Nguyễn Thị Thu Hằng, Ks Lê Sỹ Đạt, Ks Lê Hải Châu Tổng quan viễn thơng Học viện cơng nghệ bƣu viễn thông,ĐT: 84-34-515484, bomonmangVT1@yahoo.com [6] Cao Phán, Cao Hồng Sơn Cơ sở kỹ thuật thông tin quang - Tài liệu giáo dục đại học công nghệ Học viện Công nghệ BCVT, Hà Nội, 6/2000 [7] Dƣơng Văn Thành Bài giảng công nghệ chuyển mạch số Học viện Công nghệ BCVT.1999 [8] Biên soạn :TS.Nguyễn Tiến Ban,Kỹ thuật viễn thông,Học viện công nghệ bƣu viễn thơng 82 ... với đề tài : “Thơng tin vệ tinh ứng dụng thông tin vệ tinh vào điều hành bay- sân bay Vinh? ?? nghiên cứu Thông tin vệ tinh ứng dụng thông tin vệ tinh vào điều hành bay- sân bay Vinh gồm hai phần phần... đáp vệ tinh chung cho nhiều trạm mặt đất 1.1.2 Ngun lý thơng tin vệ tinh Q trình thông tin hệ thống thông tin vệ tinh đƣợc thực nhờ vào khả thu phát vệ tinh thông tin Vệ tinh thông tin vệ tinh. .. 1.1.2 Nguyên lý thông tin vệ tinh 14 1.1.3 Khái niệm đặc điểm sóng vơ tuyến điện thông tin vệ tinh 15 1.2 Vệ tinh nhân tạo vệ tinh thông tinh 21 1.2.1 Quỹ đạo vệ tinh