Hình 1.10. Hệ thống CDMA trong TTVT
đa truy nhập phân chia theo mã là phương thức ựiều chế mã ựa truy nhập dựa trên cơ sở trải phổ tắn hiệu ra một dải tần rộng hơn băng tần cần
Tần số Tần số 0 w fc 0 fc Tần số Tần số psd psd psd độ rộng băng Tắn hiệu dữ liệu Khôi phục tắn hiệu dữ liệu Tắn hiệu không mong muốn Tạp âm và nhiễu từ các trạm khác Mật ựộ phổ công suất (psd) Bộ phát ựáp Trải phổ Nén phổ A C D A B D C B 0 w
Phương pháp này cho phép sử dụng chung phổ tần của bộ phát ựáp vệ tinh bằng cách trao cho mỗi trạm mặt ựất một khóa mã trải phổ tắn hiệu riêng biệt. Sở dĩ có thể dùng chung một dải tần số vì mỗi trạm mặt ựất phát sử dụng một chuỗi giả ngẫu nhiên ựể trải phổ tắn hiệu cần truyền ựi, và tại ựầu thu sẽ sử dụng cùng một chuỗi giả ngẫu nhiên ựể nén phổ ựã ựược trải ở ựầu phát. Các mạng khác nhau có thể hoạt ựộng ựồng thời trên cùng một phổ nếu sử dụng các mã khác nhau và không ảnh hưởng tới mạng bên cạnh.
Hệ thống CDMA có các ưu ựiểm sau:
- Thực hiện ựơn giản, không cần có sự ựồng bộ giữa các trạm mặt ựất trong cùng hệ thống TTVT mà chỉ cần ựồng bộ khóa mã giữa ựầu thu và ựầu phát.
- Khả năng chống nhiễu cao gây ra bởi các hệ thống khác hoặc gây ra do hiện tượng ựa ựường.
- Có tắnh bảo mật cao do sử dụng các khóa mã Nhược ựiểm của hệ thống CDMA:
- Cần phải ựiều khiển công suất phát của các trạm
1.4.4. đa truy nhập theo yêu cầu DAMA
Hệ thống TTVT sử dụng phương thức ựa truy nhập DAMA có ựộ linh hoạt và mềm dẻo cao ựể sử dụng bộ phát ựáp vệ tinh một cách có hiệu quả, ựặc biệt phù hợp với những vùng có dung lượng thấp. Hệ thống truyền ựưa dung lượng thoại bằng việc ấn ựịnh kênh liên lạc cho mỗi cuộc gọi khi có yêu cầu tức là kênh thông tin chỉ ựược thiết lập giữa hai trạm mặt ựất trong thời gian liên lạc.
Hệ thống DAMA có khả năng kết nối nội bộ với cấu hình có dạng hoàn toàn lưới, một số thuê bao trong cùng một vùng dịch vụ của một trạm mặt ựất nào ựó qua các kênh vệ tinh ựể thiết lập tuyến thông tin với các vùng dịch vụ của các trạm mặt ựất khác. Tất cả các thuê bao ựều có thể thực hiện ựược các cuộc gọi trong nước và quốc tế bằng cấu hình hoàn toàn lướị
Khi bắt ựầu mỗi cuộc gọi thì trạm trung tâm chọn kênh vệ tinh và phân ựịnh các MODEM ở cả hai trung tâm ựường trục có thuê bao gọi và thuê bao bị gọi ựể thực hiện thủ tục thiết lập cuộc gọị Tại các tuyến ở xa, mỗi ựường trục ựược nối với các MODEM hoạt ựộng theo phương thức SCPC và các MODEM ựược ựiều hướng tới các tần số sóng mang ựược phân ựịnh bằng các lệnh từ bộ ựiều khiển phân ựịnh theo yêu cầu từ xạ
Trung tâm ựiều khiển DAMA ựược xem như là quan trọng nhất. Nó có máy tắnh chủ (MCC) nối với MODEM bằng kênh số liệu ựể liên lạc với các bộ ựiều khiển phân ựịnh từ xa và MCC cũng ựược nối với các MODEM thu, phát thoại ựể thu tắn hiệu báo hiệụ Trung tâm DAMA có chức năng là phân ựịnh kênh vệ tinh cho các cuộc gọi mớị Có thể thay ựổi cấu hình, giám sát dung lượng khai thác hệ thống bởi người khai thác. Tóm lại, DAMA có nhiều ứng dụng trên mạng viễn thông và ngày càng ựược sử dụng rộng rãị
1.5. Vệ tinh thông tin
1.5.1.Cấu trúc vệ tinh thông tin:
Vệ tinh thông tin là thiết bị quan trọng và ựắt tiền nhất trong hệ thống TTVT, nó thực chất là một trạm chuyển tiếp tắch cực của tuyến thông tin siêu cao tần mặt ựất - vệ tinh - mặt ựất. Vệ tinh thông tin là một hệ thống ựược thiết kế, lắp ựặt và phóng bằng các công nghệ tiên tiến, do vậy có nhiều chức năng thỏa mãn các yêu cầu ựể tồn tại trên quĩ ựạo và nối thông tin liên lạc giữa các trạm mặt ựất khác nhaụ
Cấu trúc của vệ tinh thông tin rất phức tạp, bao gồm nhiều phân hệ: Phân hệ tải tin (Payload), phân hệ ựiều khiển tư thế, phân hệ ựiều khiển nhiệt, phân hệ nguồn, phân hệ lệnh và ựo xa, phân hệ phần mềm ựiều khiển. Các phân hệ này ựược ựiều khiển và giám sát bởi một máy tắnh ựược cài phần mềm ựiều khiển trên vệ tinh. Theo chức năng phục vụ thì vệ tinh thông tin có
thể ựược chia làm hai phần chắnh: Phần tải tin và phần bus. Trong ựó phần bus là tất cả các phân hệ còn lại trừ phân hệ tải tin.
Hình vẽ 1.11. Cấu trúc vệ tinh thông tin
Phân hệ tải tin
Phân hệ tải tin có chức năng như một bộ chuyển tiếp các tắn hiệu của các trạm phát mặt ựất ựến các trạm thu mặt ựất. để thực hiện ựược chức năng ựó thì phân hệ tải chứa các thành phần sau:
- Các bộ phát ựáp: Các bộ phát ựáp có nhiệm vụ tiếp nhận tắn hiệu tuyến lên, khuếch ựại, biến ựổi tần số RF thành tần số RF. Bộ phát ựáp là thiết bị trực tiếp phục vụ cho nhu cầu truyền tin của vệ tinh, nó ựược cấu tạo từ các phần tử tắch cực và hoạt ựộng như các bộ khuếch ựại lặp tắn hiệụ Bộ phát ựáp thu tắn hiệu từ tuyến lên, tắn hiệu này rất yếu cần ựược khuếch ựại bởi LNA, và ựược ựổi tần xuống tần số sóng mang tuyến xuống, và rồi lại ựược khuếch
Anten truyền lệnh và ựo xa Hệ thống thông tin
Anten truyền lệnhvà ựo xa điều khiển quĩựạo
điều khiển và ựo xa
điều khiển Anten Nhiên liệu Bộ thu Ổn ựịnh quay Mã hóa ựo xa Giải mã lệnh Máy phát Máy thu Bộ phối hợp Chuyển ựổi tần số Dao ựộng nội Máy phát Máy thu Bộ phối hợp Hệ thống ựiều khiển quĩ
ựại công suất cao ựể ựưa ra anten phát trở lại trạm mặt ựất thụ Khi truyền qua bộ phát ựáp tắn hiệu tin tức có thể bị ảnh hưởng do các nguyên nhân sau:
+ Bộ khuếch ựại có ựặc tuyến biên ựộ - tần số không tuyến tắnh do vậy sẽ gây ra hiện tượng xuyên ựiều chế khi nó khuếch ựại ựồng thời nhiều sóng mang.
+ Can nhiễu do các sóng mang trong các băng tần con của bộ phát ựáp. + Tắn hiệu vào ra bị xuyên nhiễu do ghép nhiều sóng mang.
+ Pha và biên ựộ của tắn hiệu bị biến ựổi khi ựi qua các bộ lọc. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hình 1.12. Sơ ựồ bộ phát ựáp.
Về nguyên lý thì khi bộ phát ựáp vệ tinh ựược ghép chật các sóng mang thì không có bộ khuếch ựại nào có khả năng cung cấp ựủ công suất cho tất cả các sóng mang. Hơn nữa, do tắnh phi tuyến của các bộ khuếch ựại ựể tránh hiện tượng xuyên ựiều chế khi có nhiều sóng mang ựồng thời ựược khuếch ựại người ta sử dụng phương pháp lùi công suất ựầu vào (IBO), nghĩa là tổng công suất của các sóng mang ựầu vào phải nhỏ hơn mức công suất bão hòa, có nghĩa là ựảm bảo ựiểm làm việc của bộ khuếch ựại trong dải tuyến tắnh của ựặc tuyến biên ựộ - tần số. Tuy nhiên, lúc ựó công suất ựầu ra sẽ giảm, và số sóng mang làm việc cũng phải giảm, hiệu suất làm việc của bộ khuếch ựại
Bộ lọc Bộ thu băng rộng Bộ thu băng rộng Bộ coupler Bộ tách kênh Bộ ghép kênh HPA 6 Ghz 14Ghz 4 Ghz 11Ghz
cũng giảm. để khắc phục hiện tượng này người ta thực hiện phương pháp khuếch ựại tắn hiệu 2 lần:
+ đưa tất cả các sóng mang thu ựược từ anten vào khuếch ựại ở thiết bị thu băng rộng, thực chất ựây là một bộ tiền khuếch ựại có băng tần rộng 500Mhz.
+ Sau ựó tắn hiệu ựược chia ra thành các băng tần nhỏ hơn 36, 54, 72 HHz và ựược khuếch ựại riêng rẽ bởi các bộ khuếch ựại công suất.
- Các anten phân hệ Payload: Các anten này là các anten thuộc băng C, băng K ựược sử dụng ựể thu nhận tắn hiệu tin tức tuyến lên và ựể phát tắn hiệu tin tức tuyến xuống. Nó cũng ựược sử dụng ựể thu các tắn hiệu lệnh ựiều khiển ựược phát lên từ các trạm ựiều khiển mặt ựất.
Phần Bus
Phần này bao gồm tất cả các phân hệ khác có nhiệm vụ hỗ trợ các yêu cầu về nhiệt ựộ, nguồn ựiện, tư thếẦ cho phân hệ tải tin thực hiện chức năng của nó. Phần bus bao gồm các phân hệ:
- Phân hệ TT&C: Phân hệ này thực hiện các chức năng bảo ựảm việc liên lạc giữa vệ tinh và trạm mặt ựất ựiều khiển. Nó có các khối chức năng ựể tiếp nhận và thực hiện lệnh ựồng thời cũng có các khối chức năng ựể gửi dữ liệu Telemetry về trạm ựiều khiển mặt ựất. Anten ựược sử dụng cho phân hệ này là anten vô hướng hoặc anten râụ Trong hoạt ựộng thông thường thì phân hệ này sẽ nhận lệnh từ các Anten băng C của phân hệ payload, nhằm tận dụng hệ số khuếch ựại caọ Trong các tình huống khẩn cấp các anten vô hướng và anten râu sẽ ựược sử dụng vì nó có vùng phủ sóng rộng hơn.
- Phân hệ nhiệt: Vì nhiệt ựộ môi trường trên vệ tinh luôn biến ựổi rất mạnh theo thời gian trong ngày, theo mùa và theo vị trắ của các bộ phận vệ tinh, phân hệ nhiệt có các bộ Heater và các ống thoát nhiệt ựể ựảm bảo duy trì nhiệt ựộ các bộ phận luôn không ựổị
- Phân hệ nguồn ựiện: Bao gồm các tấm Pin mặt trời, các Pin tắch trữ ựiện năng, và hệ thống phân phối ựiện nhằm ựảm bảo và cung cấp toàn bộ năng lượng ựiện cho các hoạt ựộng trên vệ tinh.
- Phân hệ ựiều khiển tư thế: Trên quĩ ựạo do ảnh hưởng của các tác ựộng bên ngoài tư thế của vệ tinh luôn bị thay ựổị Vì vậy phân hệ này sẽ có các thiết bị như các con quay hồi chuyển, các RWA, các bộ cảm biếnẦ ựể thực hiện xác ựịnh và duy trì tư thế ổn ựịnh cho vệ tinh.
- Phân hệ phần mềm bay: Phân hệ này bao gồm máy tắnh trên vệ tinh, máy tắnh này ựược cài ựặt phần mềm ựiều khiển ựể thực hiện ựiều khiển hoạt ựộng của tất cả các phân hệ trên vệ tinh.
- Phân hệ ựẩy: Phân hệ ựẩy bao gồm các ựộng cơ ựẩy ựược gắn trên các mặt phắa ngoài của khung vệ tinh. Các ựộng cơ này ựược sử dụng ựể thực hiện duy trì vị trắ và tư thế vệ tinh.
1.5.2.Hệ thống ựiều khiển tư thế và vị trắ của vệ tinh
Nhiệm vụ của hệ thống này là duy trì tư thế của vệ tinh và vị trắ của nó trên quĩ ựạọ Hệ thống này phải liên tục ựiều khiển tư thế của vệ tinh trong suốt quá trình vệ tinh làm việc trên quĩ ựạo, ựể ựảm bảo ựộ tin cậy thì người ta lắp thêm các thiết bị dự phòng các bộ xử lắ ựiều khiển và chuyển mạch tự ựộng.
Tư thế của vệ tinh ựược duy trì theo một hệ thống tọa ựộ gồm 3 trục, gốc tọa ựộ tại trọng tâm của vệ tinh: trục Yaw hướng vào tâm của trái ựất, trục Pitch vuông góc với trục Yaw và hướng về phắa nam, trục Roll vuông góc với mặt phẳng của 2 trục kia và hướng dọc theo vectơ tốc ựộ chuyển ựộng của vệ tinh hình1.13.
Hình 1.13. mô tả hệ thống tọa ựộ trên vệ tinh
Khi vệ tinh thông tin ở trên quĩ ựạo ựịa tĩnh, nó chịu ảnh hưởng của rất nhiều yếu tố gây nhiễu có thể làm thay ựổi tư thế và vị trắ của vệ tinh. đó là lực hút của mặt trăng, mặt trời, tắnh không cầu hoàn toàn của trái ựất, áp suất bức xạ mặt trờị..để phát hiện tư thế vệ tinh thì các bộ cảm biến mặt trời và bộ cảm biến trái ựất ựược sử dụng trên vệ tinh. Một sai lệch nhỏ bất kỳ về tư thế bay của vệ tinh ựều ựược hệ thống sensor này phát hiện. Nằm trong hệ thống ựiều khiển trạng thái bay của vệ tinh còn có con quay hồi chuyển có chức năng nhận biết những thay ựổi quán tắnh của vệ tinh, hướng của trục quay của các con quay này luôn duy trì ổn ựịnh, nó ựược sử dụng ựể duy trì tư thế quán tắnh cho vệ tinh. Sau khi các sensor phát hiện sai lệch vị trắ, bộ xử lắ trên vệ tinh (hoặc trung tâm ựiều khiển mặt ựất) sẽ ựưa ra các lệnh ựiều khiển tới hệ thống ựiều khiển bay gồm: Các bánh ựà, các bánh xe phản hồi RWA, cuộn momen từ, các ựộng cơ phản lực ựể tạo ra các lực thắch hợp nhằm cân bằng trạng thái bay và cố ựịnh hướng anten của vệ tinh.
Yêu cầu chung với hệ thống ựiều khiển tư thế và vị trắ của vệ tinh là phải ựảm bảo ựộ chắnh xác cao, ựiều khiển linh hoạt, tốn ắt nhiên liệụ Nói chung, yêu cầu tối thiểu về ổn ựịnh vệ tinh là ≤ 0,10 hướng Bắc-Nam và ≤0.050 hướng đông- Tâỵ
Hình 1.14. Hệ thống ựiều khiển tư thế của vệ tinh.
1.5.3. Hệ thống giám sát, ựo xa và ựiều khiển-TT&C
Ta sẽ nghiên cứu kỹ phần này trong chương 3.
1.5.4. Hệ thống cung cấp nguồn (EPS)
Chức năng chắnh của hệ thống này là cung cấp nguồn năng lượng ựiện cho các thiết bị trên vệ tinh hoạt ựộng trong thời gian vệ tinh làm việc trên quĩ ựạọ Hệ thống cung cấp nguồn bao gồm:
- Nguồn sơ cấp: Là năng lượng thu ựược từ các tấm Pin mặt trờị
- Nguồn thứ cấp: Là nguồn dự trữ trong các Pin. Nguồn năng lượng ựược nạp và dự trữ khi tấm Pin mặt trời ựược chiếu sáng. Và sẽ ựược sử dụng khi vệ tinh bị che khuất.
Hình 1.1.15. Hệ thống cung cấp nguồn ựiện
mạch này sẽ chuyển mạch bảo vệ. Mục ựắch là bảo vệ an toàn cho Pin cũng như các thành phần khác của vệ tinh. đồng thời ựảm bảo hoạt ựộng liên tục. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Nguồn sơ cấp
Ta ựã biết nguồn năng lượng bên ngoài duy nhất trên vệ tinh là nguồn năng lượng bức xạ từ ánh sáng mặt trời, vì thế trên tất cả các loại vệ tinh ựều sử dụng các tấm Pin mặt trời lớn ựể nhận và chuyển ựổi năng lượng ánh sáng mặt trời thành năng lượng ựiện cung cấp cho các thiết bị của vệ tinh. Hai loại vật liệu chủ yếu ựược sử dụng ựể chế tạo Pin mặt trời là: GaAs và Sị
Việc triển khai các tế bào Pin mặt trời cũng khác nhau tùy thuộc vào loại vệ tinh.
- Vệ tinh ổn ựịnh quay: Các tế bào Pin ựược triển khai trên bề mặt thân của vệ tinh. Các tấm Pin ựược ghép với nhau thành hình trụ và có thể triển khai ngay khi phóng (như vệ tinh Intelsat-VI). Trên vệ tinh ổn ựịnh quay, số lượng các tế bào Pin mặt trời có thể nhận ựược ánh sáng tại một thời ựiểm cực ựại cũng chỉ bằng ơ số cell ựược lắp ựặt. Nên ựể cung cấp cùng một công suất, số lượng cell lắp ựặt trên vệ tinh ổn ựịnh quay phải tăng gấp ựôi so với vệ tinh ổn ựịnh tư thế theo 3 trục. Tuy nhiên do chỉ có một nửa số cell ựược chiếu sáng và bề mặt này luôn quay nên nhiệt ựộ trên bề mặt các cell không quá cao như ở vệ tinh ổn ựịnh bằng 3 trục và vì thế việc ựiều khiển nhiệt ựộ các tế bào Pin mặt trời trở nên ựơn giản và hiệu quả hơn.
- Vệ tinh ổn ựịnh 3 trục: Có nhiều kiểu tấm Pin mặt trời ựược sử dụng trên vệ tinh nàỵ Những tấm Pin mặt trời có ựộ dẻo cao thì ựược cuộn lại và những tấm Pin cứng thì gấp lại bằng các bản lề và ựặt trong tên lửa ựẩy trong thời gian phóng. Khi lên tới quĩ ựạo ựịa tĩnh chúng sẽ ựược trải ra như thiết kế. Những tấm Pin mặt trời cứng, rộng ựược ghép nối thành từng nhóm 3