3.1.1 Mơ hình hệ thống
Hình 3.1 Mơ hình hệ thống vệ tinh LEO sử dung FDMA
Hình 3.1 cho thấy một hệ thống vệ tinh LEO thông thường. Trạm gốc (BS) nhận diện vùng dịch vụ thông qua nhiều vệ tinh LEO. Để ngăn chặn nhiễu giữa các vệ tinh trong vùng dịch vụ, các tần số khác nhau được phân bổ cho mỗi vệ tinh. Giả thiết rằng trạm gốc biết quỹ đạo của các vệ tinh và các băng tần duy nhất được phân bổ cho từng khu vực dịch vụ.
Tín hiệu truyền 𝑥𝑚(𝑡) của vệ tinh thứ m có thể được viết như sau:
𝑥𝑚(𝑡) = 𝑠𝑚(𝑡)exp (𝑗2𝜋𝑓𝑚𝑡) (3.1)
trong đó 𝑠𝑚 là tín hiệu băng tần cơ sở được truyền qua vệ tinh thứ m, và 𝑓𝑚 là tần số kênh con.
Để tính đến sự dịch chuyển Doppler của vệ tinh LEO, 𝑓𝑚 được thiết lập như sau: 𝑓𝑚 − 𝑓𝑚−1 = 𝑊𝑚− 𝑊𝑚−1 2 + 𝑊𝐺𝐵 (3.2) 𝑊𝐺𝐵 ≥ 2 ( max 1≤𝑥≤𝑀(∆𝑓𝑚)) (3.3)
trong đó 𝑊𝑚 là băng thơng của tín hiệu vệ tinh thứ m, 𝑊 là băng thông bảo vệ và Δfm là tần số Doppler do vệ tinh thứ m tạo ra. Khi giá trị nhỏ nhất của Δfm được đặt bằng hai lần giá trị lớn nhất của tần số Doppler, có thể tránh được nhiễu giữa các sóng mang. Thiết bị đầu cuối người dùng (UT) nhận từng tín hiệu vệ tinh, thu thập thông tin và chọn vệ tinh cung cấp hiệu suất tốt nhất dựa trên một số tiêu chí.
Công suất nhận được tối đa trong số các vệ tinh có thể được sử dụng làm tiêu chí lựa chọn như sau:
𝑚𝑑 = argmax
1≤𝑚≤𝑀
|𝑟𝑚|2 (3.4)
𝑟𝑚(𝑡) = (ℎ𝑚∗ 𝑥𝑚)(𝑡) + 𝑛(𝑡) (3.5)
trong đó rm(t) là tín hiệu nhận được và hm(t) là thành phần kênh của vệ tinh thứ m; n(t) là nhiễu Gaussian trắng của UT; (a * b) biểu diễn tích chập của a và b. Giả sử hệ thống vệ tinh cung cấp một kênh đường dẫn duy nhất như sau:
(ℎ𝑚 ∗ 𝑥𝑚)(𝑡) = ℎ𝑚exp (𝑗2𝜋∆𝑓𝑚)𝑥𝑚(𝑡) (3.6)
Tín hiệu đã được giải điều chế 𝑠𝑚′ 𝑑 thu được bằng cách chia thành phần kênh ước tính ℎ𝑚 cho tích của tín hiệu đã nhận và sóng mang kênh con với độ lệch tần số Doppler:
𝑠𝑚′ 𝑑 = 𝑟𝑚exp (−𝑗2𝜋(𝑓𝑚𝑑 + ∆𝑓𝑚)𝑡 × (1/ℎ𝑚′ ) (3.7)
3.1.2 Hiệu quả tần số
Vì hệ thống LEO thơng thường sử dụng nhiều kênh con cũng như các vệ tinh trong vùng phục vụ (M) nên hiệu quả tần số là:
𝑅 =𝑊 − 𝑀𝑊𝐺𝐵