Nghiên cứu sơ lược về hệ thống thông tin vệ tinh như: các quỹ đạo vệ tinh, các loại anten, hệ thống không gian mặt đất, các phương pháp đa truy nhập được sử dụng trong thông tin vệ tinh và các yếu tố làm ảnh hưởng đến đường truyền vệ tinh...
MỤC LỤC I Tổng quan hệ thống thông tin vệ tinh Giới thiệu thông tin vệ tinh: Vệ tinh thông tin (tiếng Anh: communications satellite, đơi viết tắt SATCOM), hay cịn gọi vệ tinh truyền thông, vệ tinh nhân tạo đặt không gian dùng cho viễn thông Vệ tinh thơng tin đại có nhiều loại quỹ đạo quỹ đạo địa tĩnh, quỹ đạo Molniya, quỹ đạo elip, quỹ đạo (cực phi cực) Trái Đất thấp Vệ tinh thông tin kỹ thuật tiếp sức vô tuyến vi ba bên cạnh thông tin cáp quang biển truyền dẫn điểm điểm cố định Nó dùng ứng dụng di động thông tin cho tàu xe, máy bay, thiết bị cầm tay cho tivi quảng bá mà kỹ thuật khác cáp không thực tế Các quỹ đạo vệ tinh hệ thống thông tin: Tuỳ thuộc vào độ cao so với mặt đất quỹ đạo vệ tinh hệ thống thơng tin vệ tinh chia thành (hình 1.1): • HEO (Highly Elpitical Orbit): quỹ đạo elip cao • GSO (Geostationary Orbit) hay GEO (Geostatinary Earth Orbit): quỹ đạo địa tĩnh • MEO (Medium Earth Orbit): quỹ đạo trung • LEO (Low Earth Orbit): quỹ đạo thấp 3 Phân bố tần số cho hệ thống thông tin vệ tinh Phân bố tần số cho dịch vụ vệ tinh q trình phức tạp địi hỏi cộng tác quốc tế có quy hoạch Phân bố tần thực bảo trợ Liên đồn viễn thơng quốc tế (ITU) Để tiện cho việc quy hoạch tần số, toàn giới chia thành ba vùng: Vùng 1: Châu Âu, Châu Phi, Liên xô cũ Mông Cổ Vùng 2: Bắc Mỹ, Nam Mỹ Đảo Xanh Vùng 3: Châu Á (trừ vùng 1), Úc Tây nam Thái Bình Dương Trong vùng băng tần phân bổ cho dịch vụ vệ tinh khác nhau, dịch vụ cấp phát băng tần khác vùng khác Các dịch vụ vệ tinh cung cấp bao gồm: • Các dịch vụ vệ tinh cố định (FSS) • Các dịch vụ vệ tinh quảng bá (BSS) • Các dịch vụ vệ tinh di động (MSS) • Các dịch vụ vệ tinh đạo hàng • Các dịch vụ vệ tinh khí tượng Từng phân loại lại chia thành phân nhóm dịch vụ; chẳng hạn dịch vụ vệ tinh cố định cung cấp đường truyền cho mạng điện thoại có tín hiệu truyền hình cho hãng TV cáp để phân phối hệ thống cáp Các dịch vụ vệ tinh quảng bá có mục đích chủ yếu phát quảng bá trực tiếp đến gia đình đơi gọi vệ tinh quảng bá trực tiếp (DBS:direct broadcast setellite), Châu Âu gọi dịch vụ trực tiếp đến nhà (DTH: direct to home) Các dịch vụ vệ tinh di động bao gồm: di động mặt đất, di động biển di động máy bay Các dịch vụ vệ tinh đạo hàng bao gồm hệ thống định vị toàn cầu vệ tinh cho dịch vụ khí tượng thường cung cấp dịch vụ tìm kiếm cứu hộ Bảng 1.1 liệt kê ký hiệu băng tần sử dụng chung cho dịch vụ vệ tinh Dải tần, GHz Ký hiệu băng tần 0,1-0,3 VHF 0,3-1,0 UHF 1,0-2,0 L 2,0-4,0 S 4,0-8,0 C 8,0-12,0 X 12,0-18,0 Ku 18,0-27,0 K 27,0-40,0 Ka 40,0-75 V 75-110 W 110-300 mm 300-3000 μm INTELSAT INTELSAT (International Telecommunications Satellite) tổ chức thành lập vào năm 1964 bao gồm 140 nước thành viên đầu tư 40 tổ chức Các hệ thống vệ tinh INTELSAT sử dụng quỹ đạo địa tĩnh Hệ thống vệ tinh INTELSAT phủ ba vùng chính: vùng Đại Tây Dương (AOR: Atlanthic Ocean Region), vùng Ấn Độ Dương (IOR: Indian Ocean Region) vùng Thái Bình Dương (POR: Pacific Ocean Region) INTELSAT VI cung cấp lưu lượng AOR gấp ba lần IOR hai lần IOR POR cộng lại Như hệ thống vệ tinh chủ yếu đảm bảo lưu lượng cho AOR Tháng 5/1999 có ba vệ tinh INTELSAT VI phục vụ AOR hai IOR Các vệ tinh INTELSAT VII-VII/A phóng khoảng thời gian từ 11/1993 đến 6/1996 với thời hạn phục vụ từ 10 đến 15 năm Các vệ tinh thiết kế chủ yếu để phục vụ POR phần AOR Các vệ tinh có dung lượng 22.500 kênh thoại hai chiều kênh TV Nếu sử dụng nhân kênh số nâng số kênh thoại lên 112.500 kênh hai chiều Các vệ tinh INTELSAT VIII-VII/A phóng khoảng thời gian từ 2/1997 đến 6/1998 với thời hạn phục vụ từ 14 đến 17 năm Các vệ tinh có dung lượng giống VII/A Các vệ tinh INTELSAT IX seri vệ tinh phóng muộn (từ quý /2001) Các vệ tinh cung cấp dải dịch vụ rộng bao gồm dịch vụ như: internet, TV đến nhà (DTH), khám bệnh từ xa, dậy học từ xa, video tương tác đa phương tiện Ngoài vệ tinh INTELSAT cung cấp dịch vụ nội địa dịch vụ vùng nước Vệ tinh nội địa – DOMSAT Vệ tinh nội địa viết tắt DOMSAT (domestic satellite) Các vệ tinh sử dụng để cung cấp dịch vụ khác như: thoại, số liệu, truyền dẫn TV nước Các vệ tinh thường đặt quỹ đạo địa tĩnh Tại Mỹ vệ tinh cho phép lựa chọn kênh truyền hình cho máy thu gia đình, ngồi chúng cịn cung cấp khối lượng lớn lưu lượng thơng tin thương mại Các DOMSAT cung cấp dịch vụ DTH có cơng suất khác (EIRP từ 37dBW đến 60 dBW) Bảng 1.2 cho thấy đặc tính ba loại vệ tinh DOMSAT Mỹ Bảng 1.2 Đặc tính ba loại DOMSAT Mỹ Băng K Tần số đường xuống (GHz) Tần số đường lên (GHz) Dịch vụ vệ tinh Mục đích ban đầu Mục đích ban đầu có vệ tinh cơng suất lớn cung cấp dịch vụ vệ tinh quảng bá (DBS) Các vệ tinh công suất trung bình chủ yếu cung cấp dịch vụ điểm đến điểm phần DBS Còn vệ tinh công suất thấp cung cấp dịch vụ điểm đến điểm Tuy nhiên từ kinh nghiệm người ta thấy máy thu vệ tinh truyền hình (TVRO) bắt chương trình từ băng C, nên nhiều gia đình sử dụng chảo anten băng C để bắt chương trình truyền hình Hiện nhiều hãng truyền thơng quảng bá mật mã hóa chương trình băng C, bắt đựơc chương trình sau giải mã Các hệ thống thơng tin di động vệ tinh Thông tin di động vệ tinh mười năm gần trải qua biến đổi cách mạng hệ thống thông tin di động vệ tinh hàng hải (INMARSAT) với vệ tinh quỹ đạo địa tĩnh (GSO) Năm 1996 INMARSAT phóng số năm vệ tinh INMARSAT để tạo chùm búp hẹp chiếu xạ toàn cầu Trái đất chia thành vùng rộng lớn phục vụ chùm búp hẹp Với công suất phát chùm búp hẹp tạo EIRP lớn nhiều so với chùm búp toàn cầu Nhờ việc thiết kế đầu cuối mặt đất đơn giản hơn, đầu cuối mặt đất nhìn thấy anten vệ tinh với tỷ số hệ số khuyếch đại anten nhiệt độ tạp âm hệ thống (G/T s) lớn EIRP đường xuống lớn Người ta dự định sử dụng thiết bị đầu cuối mặt đất với kích thước sổ tay Hiện vệ tinh GSO cho phép thiết bị di động mặt đất tơ kích cỡ va li Với EIRP từ vệ tinh đủ lớn, máy di động sử dụng anten có kích thước trung bình cho dịch vụ thu số liệu thoại Tuy nhiên chưa thể cung cấp dịch vụ cho máy thu phát cầm tay Một số hệ thống thông tin di động điển hình: • • • • II Dịch vụ hệ thống GSO Dịch vụ di động vệ tinh quỹ đạo khơng phải địa hình (NGSO) Dịch vụ vệ tinh di động LEO nhỏ LEO lớn cho tiếng số liệu Các quỹ đạo vệ tinh Các định luật Kepler Các vệ tinh quay quanh trái đất tuân theo định luật điều khiển chuyển động hành tinh xung quanh mặt trời Từ lâu dựa quan trắc kỹ lưỡng người ta hiểu chuyển động hành tinh Từ quan trắc này, Johannes Kepler (1571-1630) rút thực nghiệm ba định luật mô tả chuyển động hành tinh Tổng quát định luật Kepler áp dụng cho hai vật thể không gian tương tác với qua lực hấp dẫn Vật thể có khối lượng lớn hai vật thể gọi sơ cấp vật thể thứ hai gọi vệ tinh 1.1 Định luật Kepler thứ Định luật Kepler thứ phát biểu đường chuyển động vệ tinh xung quang vật thể sơ cấp hình elip Một hình elip có hai tiêu điểm F F2 thấy hình 2.1 Tâm khối lượng hệ thống hai vật thể gọi tâm bary luôn nằm hai tiêu điểm Trong trường hợp xét khác biệt lớn khối lượng đất vệ tinh, tâm khối lượng trùng với tâm trái đất tâm trái đất ln nằm tiêu điểm Hình 2.1 Các tiêu điểm F1, F2, bán trục a bán trục phụ b elip Bán trục Elip ký hiệu a bán trục phụ ký hiệu b Độ lệch tâm e xác định sau: Độ lệch tâm bán trục hai thơng số để xác định vệ tinh quay quanh trái đất 0