a. Phóng vệ tinh lên quỹ đạo địa tĩnh
Phƣơng tiện phóng:
- Dùng tàu con thoi: loại này đƣợc dùng lại nhiều lần, độ tin cậy cao, giá thành đắt. Nhƣ tàu con thoi Mỹ, Colombia...
- Dùng tên lửa đẩy nhiều tầng: loại này không sử dụng lại đƣợc, giá thành phóng rẻ, ngày nay dùng tên lửa đẩy nhiều tầng đang đƣợc sử dụng rộng rãi. Nhƣ tên lửa Proton (Nga), Delta (Mỹ), Long March (Trung Quốc).
Quá trình phóng vệ tinh lên quỹ đạo phụ thuộc vào loại tên lửa đẩy, vị trí địa lý của bãi phóng và các vấn đề liên quan đến phân hệ thông tin. Song phƣơng pháp phóng kinh tế và quy chuẩn nhất là dựa trên quỹ đạo chuyển tiếp Hohmann. Phƣơng pháp phóng dựa trên quỹ đạo Hohmann:
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 33 Hình 1.9. Quỹ đạo Hohman
- Giai đoạn 1: dùng tên lửa đẩy nhiều tầng để đƣa vệ tinh lên quỹ đạo LEO có độ cao 200Km, V=7784 m/s.
- Giai đoạn 2: tại điểm nâng của quỹ đạo LEO, dùng tên lửa đẩy nhiều tầng thực hiện tăng tốc với Vphóng =10234 m/s để đƣa vệ tinh sang quỹ đạo chuyển tiếp Elip có viễn điểm thuộc quỹ đạo địa tĩnh (h=35.786km) và cận điểm thuộc quỹ đạo LEO (h=200km), còn đƣợc gọi là quỹ đạo Huhmann.
- Giai đoạn 3: khi vệ tinh chuyển động qua viễn điểm của quỹ đạo Hohmann thì sử dụng động cơ đẩy viễn điểm đặt trong vệ tinh để đƣa vệ tinh về quỹ đạo địa tĩnh và về vị trí của nó.
b. Đƣa vệ tinh vào quỹ đạo đĩa tĩnh
Quá trình định vị vệ tinh bắt đầu khi vệ tinh đƣợc đƣa vào quỹ đạo chuyển tiếp bao gồm quá trình đƣa vệ tinh vào quỹ đạo xích đạo và sau đó từ từ đƣa vệ tinh vào vị trí địa tĩnh của nó. Để thực hiện đƣợc quá trình này, các động cơ đẩy viễn điểm APM, các động cơ phản lực của vệ tinh đƣợc điều khiển bằng các trung tâm và các trạm điều khiển đặt tại các vị trí khác nhau của trái đất. Các trung tâm điều khiển thực hiện các chức năng sau:
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 34
- Xác định tƣ thế của vệ tinh
- Tính toán các thông số tối ƣu cho quá trình điều khiển vệ tinh từ quỹ đạo Hohmann sang quỹ đạo tròn
- Xác định các thông số của động cơ hiệu chỉnh hƣớng của vệ tinh
- Giám sát và đo các thông số quỹ đạo của vệ tinh so sánh với trạng thái cuối cùng của vệ tinh nhƣ dự kiến
c. Duy trì vệ tinh trên quỹ đạo
Các công việc chính đƣợc thực hiện trong quá trình duy trì vệ tinh trên quỹ đạo là:
- Các dao động của vệ tinh xung quanh vị trí quỹ đạo theo hƣớng Đông Tây, Nam Bắc phải đƣợc duy trì trong khoảng 0,1 độ.
- Tƣ thế vệ tinh phải đƣợc giám sát và hiệu chỉnh để đảm bảo anten vệ tinh luôn luôn hƣớng về các vùng mong muốn của trái đất.
* Kết luận:
Chƣơng này đã xét tổng quan các quỹ đạo vệ tinh đƣợc sử dụng trong các hệ thống thông tin vệ tinh. Phân bổ tần số cho các hệ thống thông tin di động cũng đƣợc xét trong chƣơng này. Các tần số đƣờng lên và đƣờng xuống của hệ thống thông tin vệ tinh không giống nhau. Trong hai đầu thông tin phía nào có công suất phát lớn hơn sẽ sử dụng tần số cao hơn để có thể bù trừ tốt hơn suy hao đƣờng truyền. Các quỹ đạo địa tĩnh cũng có thể sử dụng để cung cấp dịch vụ thông tin di động, tuy nhiên anten trên vệ tinh phải có kích thƣớc lớn (anten dù mở) để đƣợc EIRP cao và hệ số phẩm chất trạm vệ tinh (G/Ts) cũng phải cao. Các quỹ đạo LEO và MEO thƣờng đƣợc sử dụng cho các dịch vụ di động cá nhân vì khoảng cách của các vệ tinh không xa mặt đất. Thực tế vệ tinh VINASAT và những vệ tinh mới những năm gần đây đều sử dụng phƣơng pháp đa truy nhập theo tần số FDMA.
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 35
CHƢƠNG II
TỔNG QUAN VỀ VỆ TINH VIỄN THÔNG VINASAT
* Nội dung chính của chƣơng gồm:
+ Thông số kỹ thuật của vệ tinh Vinasat + Tìm hiểu phần không gian của vệ tinh + Tìm hiểu phần mặt đất
+ Các sơ đồ phân kênh vệ tinh và vùng phủ sóng
Căn cứ vào chỉ thị của Chính phủ, từ tháng 12/1997 BQP đã cùng các Bộ, Ngành khác, phối hợp với Tổng cục Bƣu điện tiến hành nghiên cứu tiền khả thi dự án phóng vệ tinh viễn thông đấu tiên của Việt Nam, Sau một thời gian dài chuẩn bị Dự án Phóng vệ tinh viễn thông Việt Nam (Vinasat) đã đƣợc Thủ Tƣớng Chính Phủ phê duyệt đầu tƣ tại Quyết định số 1104/QĐ-TTg ngày 18/10/2005 và Tập đoàn Bƣu chính Viễn thông Việt Nam (VNPT) đƣợc giao nhiệm vụ làm chủ đầu tƣ, thực hiện dự án. Dựa trên các tiêu chí: đảm bảo an toàn và giảm thiểu rủi ro về tiến độ; đáp ứng chỉ tiêu kỹ thuật, độ tin cậy yêu cầu, công nghệ hiện đại, đã qua trải nghiệm; có các điều kiện điều khoản thƣơng mại cũng nhƣ giá cả hợp lý của dự án, sau khi xem xét bản thảo cuối cùng của các nhà thầu, đƣợc sự chấp thuận của Chính phủ, Ban chỉ đạo Quốc gia dự án Vinasat, các Bộ, Ngành liên quan, VNPT đã lựa chọn nhà thầu Lockheed Martin Commercial Space Systems, tập đoàn sản xuất thiết bị quốc phòng và công nghệ vũ trụ lớn nhất của Mỹ là đơn vị trúng thầu Dự án phóng vệ tinh viễn thông Việt Nam VINASAT.
Vệ tinh VINASAT do hãng Lockeed Martin (Mỹ) sản xuất và đƣợc phóng lên quỹ đạo bằng tên lửa đẩy Adrian - 5 (Pháp). Vị trí quỹ đạo là 132độE (132 độ đông). Vệ tinh có trọng lƣợng khoảng 2,8 tấn, tuổi thọ hoạt động 15 năm. Băng tần hoạt động: băng C mở rộng và băng Ku với vùng phủ sóng rộng lớn gồm Việt Nam, Đông Nam Á, Đông Trung Quốc, Ấn Độ, Triều Tiên, Nhật Bản,Úc và Hawaii.
Theo kế hoạch, dự kiến vệ tinh này sẽ đƣợc phóng lên quỹ đạo ngày 28/3/2008 và bắt đầu đƣa vào khai thác từ tháng 5 năm 2008.
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 36
Trung tâm Thông tin Vệ tinh Vinasat do Công ty VTI thuộc tập đoàn Bƣu chính viễn thông Việt Nam thành lập sẽ đảm trách việc quản lý, vận hành, khai thác và kinh doanh dịch vụ trên Vinasat.
2.1. Các thông số chính của vệ tinh Vinasat
- Kiểu vệ tinh: Vệ tinh địa tĩnh - Vị trí quỹ đạo: 132 độ Đông
- Trọng lƣợng phóng khoảng 2600 – 2800 kg - Tên lửa đẩy: Arian-5 của Pháp
- Số máy phát đáp: 20 (08 máy phát đáp băng C, 12 máy phát đáp băng Ku)
- Thời gian sống: 15 năm ( có thể đến 20 năm)
2.1.1. Các thông số kỹ thuật chính của vệ tinh Vinasat
1. Băng tần C (mở rộng –extended C band)
Số bộ phát đáp :8 Đƣờng lên (uplink) - Dải tần: 6.425 – 6.725 MHz (300 MHz) - Phân cực: tuyến tính V,H Đƣờng xuống (downlink) - Dải tần: 3.400 – 3.700 MHz (300 MHz) - Phân cực: tuyến tính V,H
Tham số chung phục vụ tính toán thiết kế đƣờng truyền - Công suất bức xạ đẳng hƣớng bộ phát đáp (EIRP): 40dB - Độ lùi công suất đầu vào bộ phát đáp (IBO): -3dB
- Độ lùi công suất đầu ra bộ phát đáp (OBO): -3dB
- Mật độ thông lƣợng bão hòa bộ phát đáp (SFD): -85dBW/m2
- Hệ số khuếch đại trên nhiệt tạp âm bộ phát đáp (G/T): từ -8,3dB/K đến -2dB/K
Vùng phủ sóng theo giản đồ:
- Đƣờng đồng mức EIRP: 40dBW (trong vùng Đông Nam Á) và 42dBW (với phần lãnh thổ Việt Nam và lân cận)
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 37
- Đƣờng đồng mức G/T: -2dB/K (trong vùng Đông Nam Á) và 0dBW (với phần lãnh thổ Việt Nam và lân cận)
2. Băng tần ku Số bộ phát đáp: 12 Đƣờng lên (uplink) - Dải tần: 13.750 – 13.990 MHz (240MHz); và 14.255 – 14.495 MHz (240MHz) - Phân cực: tuyến tính V Đƣờng xuống (downlink) - Dải tần: 10.950 – 11.200MHz (250MHz); và 11.450 – 11.700MHz (250 MHz) - Phân cực: tuyến tính H
Tham số chung phục vụ tính toán thiết kế đƣờng truyền - Công suất bức xạ đẳng hƣớng bộ phát đáp (EIRP): 54dB - Độ lùi công suất đầu vào bộ phát đáp (IBO): -3dB
- Độ lùi công suất đầu ra bộ phát đáp (OBO): -3dB
- Mật độ thông lƣợng bão hòa bộ phát đáp (SFD): -90dBW/m2
- Hệ số khuếch đại trên nhiệt tạp âm bộ phát đáp (G/T): từ 2dB/K đến 6dB/K
Vùng phủ sóng theo giản đồ:
- Đƣờng đồng mức EIRP: 54dBW (với phần lãnh thổ Việt Nam và lân cận)
- Đƣờng đồng mức G/T: 7dB/K (với phần lãnh thổ Việt Nam và lân cận)
2.1.2. Các giới hạn khai thác của vệ tinh Vinasat 1. Đối với băng tần C mở rộng 1. Đối với băng tần C mở rộng
- Sử dụng angten có giản đồ bức xạ (antenna pattern) theo khuyến nghị REC S.580-5 của ITU-R trong đó quy định độ khuếch đại angten tại góc lệch trục là 29 – 25log ( là góc lệch trục giữa VINASAT với vệ tinh lân cận; 1độ ≤ ≤ 20độ).
- Mật độ giới hạn EIRP lệch trục (EIRP off-axis) cho phép áp dụng đối với đƣờng lên trạm mặt đất:
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 38
EIRP off-axis ≤ - 46 + 29 – 25 logθ (dBW/Hz)
- Đƣờng kính angten thu, phát trạm mặt đất khuyến nghị sử dụng là 3m. Trong trƣờng hợp sử dụng angten nhỏ hơn (nhƣng không nhỏ hơn 2,4m), công suất phát của angten phải tuân thủ các giới hạn nêu trên và phải có sự phối hợp chặt chũ với các bên liên quan tránh gây can nhiễu hệ thống, đặc biệt với vệ tinh lân cận.
2. Đối với băng tần ku:
- Sử dụng angten có giản đồ bức xạ (antenna pattern) theo khuyến nghị REC S.580-5 của ITU-R trong đó quy định độ khuếch đại angten tại góc lệch trục là 29 – 25log ( là góc lệch trục giữa VINASAT với vệ tinh lân cận; 1độ ≤ ≤ 20độ).
- Mật độ giới hạn EIRP lệch trục (EIRP off-axis) cho phép áp dụng đối với đƣờng lên trạm mặt đất:
+ Trong dải tần :
13.750 – 13.990 MHz
EIRP off-axis ≤ - 46,56 + 29 – 25 logθ (dBW/Hz) + Trong dải tần:
14.255 – 14.495 MHz
EIRP off-axis ≤ - 47,56 + 29 – 25 logθ (dBW/Hz)
- Mật độ giới hạn EIRP đồng trục (EIRP on-axis) trong dải tần: 14.255- 14.495 MHZ:
EIRP on axis ≤ - 7,1 (dBW/Hz)
- Đƣờng kính tối thiểu angten phát trạm mặt đát sử dụng là 1,2m.
- Đƣờng kính tối thiểu angten thu trạm mặt đất khuyến nghị sử dụng là 0,6m để thu tín hiệu truyền hình và 1,2m cho các dịch vụ khác (VSAT,…).
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 39
2.2. Phần không gian
2.2.1. Bộ phát đáp
- Bộ phát đáp bao gồm tập hợp các khối nối với nhau để tạo nên một kênh thông tin duy nhất giữa anten thu và anten phát trên vệ tinh thông tin. Một số khối trong bộ phát đáp có thể đƣợc dùng chung cho nhiều bộ phát đáp khác.
- Trƣớc khi trình bầy chi tiết các khối khác nhau của bộ phát đáp, ta sẽ xét ngắn gọn tổ chức tần số cho thông tin vệ tinh băng C. Băng thông ấn định cho dịch vụ băng C là 500 MHz và băng thông này đƣợc chia thành các băng con, mỗi băng con dành cho một bộ phát đáp.
- Độ rộng băng tần thông thƣờng của bộ phát đáp là 36 MHz với đoạn băng bảo vệ giữa các bộ phát đáp là 4MHz. Vì thế băng tần 500 MHz có thể đảm bảo cho 12 bộ phát đáp. Bằng cách ly phân cực, ta có thể tăng số bộ phát đáp lên hai lần. Cách ly phân cực cho phép sử dụng cùng một tần số nhƣng với phân cực ngƣợc chiều nhau cho hai bộ phát đáp. Để thu đƣợc kênh của mình, các anten thu phải có phân cực trùng với phân cực phát của kênh tƣơng ứng.
- Đối với phân cực tuyến tính, ta có thể cách ly phân cực bằng phân cực đứng và phân cực ngang. Đối với phân cực tròn, cách lý phân cực nhận đƣợc bằng cách sử dụng phân cực tròn tay phải và phân cực tròn tay trái. Vì các sóng mang với phân cực đối nhau có thể chồng lấn lên nhau, nên kỹ thuật này đƣợc gọi là tái sử dụng tần số.
Hình 2.1. Quy hoạch tần số và phân cực, tần số trên hình vẽ đo bằng MHz
- Cũng có thể tái sử dụng tần số bằng các anten búp hẹp, và phƣơng thức này có thể kết hợp với tái sử dụng theo phân cực để cung cấp độ rộng băng tần hiệu dụng 2000 MHz trên cơ sở độ rông thực tế 500 MHz.
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 40
- Đối với một trong số các nhóm phân cực, hình 2.2 cho thấy chi tiết hơn sơ đồ phân kênh cho 12 bộ phát đáp. Dải tần thu hay dải tần đƣờng lên là 5,925 đến 6,425 GHz. Các sóng mang có thể đƣợc thu trên một hay nhiều anten đồng phân cực. Bộ lọc vào cho qua toàn bộ băng tần 500 MHz đến mày thu chung và loại bỏ tạp âm cũng với nhiễu ngoài băng (nhiễu này có thể gây ra do các tín hiệu ảnh). Trong dải thông 500 MHz này có thể có rất nhiều sóng mang đƣợc điều chế và tất cảc các sóng mang này đều đƣợc khuyếch đại, biến đổi tần số trong máy thu chung. Biến đổi tần số chuyển các sóng mang này vào băng tần số đƣờng xuống 3,7 đến 4,2 GHz với độ rộng 500 MHz. Sau đó các tín hiệu đƣợc phân kênh vào các độ rộng băng tần của từng bộ phát đáp.
- Thông thƣờng độ rộng băng tần cấp cho mỗi bộ phát đáp là 36 MHz với đoạn băng bảo vệ 4 MHz, vì thế 500MHz có thể đảm bảo kênh cho 12 bộ phát đáp. Bộ phát đáp có thể xử lý một sóng mang đƣợc điều chế nhƣ tín hiệu TV chẳng hạn hay có thể xử lý nhiều sóng mang đồng thời với mỗi sóng mang đƣợc điều chế bởi tín hiệu điện thoại hay kênh băng gốc nào đó.
Hình 2.2. Các kênh của bộ phát đáp vệ tinh
2.2.2. Máy thu băng rộng
- Sơ đồ khối của máy thu băng rộng đƣợc cho ở hình 2.3. Máy thu có dự phòng kép để đề phòng trƣờng hợp sự cố. Bình thƣờng chỉ có máy thu công tác đƣợc sử dụng, khi có sự cố máy thu thứ hai đƣợc tự động chuyển vào thay thế.
- Tầng đầu của máy thu là bộ khuếch đại tạp âm nhỏ (LNA:low noise amplifier). Bộ khuếch đại này chỉ gây thêm một ít tạp âm cho sóng mang đƣợc khuếch đại,
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 41
nhƣng vẫn đảm bảo đủ khuếch đại sóng mang để nó có thể vƣợt qua đƣợc mức tạp âm cao hơn trong tầng trộn tiếp sau. Khi tính toán tạp âm do bộ khuếch đại gây ra, để tiện lơi ta thƣờng quy đổi tất cả các mức tạp âm vào đầu vào LNA, ở đây tổng tạp âm thu có thể đƣợc biểu diễn vào nhiệt độ tạp âm tƣơng đƣơng.
- Trong một máy thu đƣợc thiết kế tốt, nhiệt độ tạp âm đƣợc quy đổi vào đầu vào LNA thƣờng có giá trì gần bằng tạp âm của riêng LNA. Tổng nhiệt độ tạp âm phải bao gồm: tạp âm từ anten. Nhiệt độ tạp âm tƣơng đƣơng của anten có thể lên đến vài trăm K. LNA tiếp tín hiệu cho một tầng trộn. Tầng này cần có tín hiệu dao động nội để biến đổi tần số. Công suất tín hiệu cấp từ bộ dao động nội cho đầu vào bộ trộn khoảng 10dBm. Tần số của bộ dao động nội phải rất ổn định và có ít tạp âm. - Bộ khuếch đại thứ hai sau tầng trộn có nhiêm vụ đảm bảo hệ số khuếch đại vào khoảng 60 dB. Các mức tín hiệu so với đầu vào trên hình vẽ đƣợc cho ở dB. Sự phân chia khuếch đại tại 6GHz và 4GHz để tránh dao động xẩy ra nếu khuếch đại quá lớn trên cùng một tần số. Máy thu băng rộng chỉ sử dụng các thiết bị tích cực