đồ án kỹ thuật viễn thông Hệ thống thông tin di động tế bào toàn cầu sử dụng vệ tinh

CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮTGMPCS:Global Mobile Personal Communication by Satellite Hệ thống thông tin cá nhân di độngtoàn cầu thông qua vệ tinh GEO:Goestationary Earth Orbit Quỹ đạo mặt đất đ

CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

GMPCS:Global Mobile Personal

Communication by Satellite

Hệ thống thông tin cá nhân di độngtoàn cầu thông qua vệ tinh

GEO:Goestationary Earth Orbit Quỹ đạo mặt đất địa tĩnh

LOS: Line Of Sight Microware ViBa tầm nhìn thẳng

MEO:Meadal Earth Orbit Quỹ đạo trung bình

INTERSAT:International

Telecommunication Satellite

Organization

Tổ chức vệ tinh Viễn thông quốc tế

VSAT: Very Small Aperture

VTI:VietNam Telecoms Int’1

Công ty viễn thông quốc tếGSM:Geteway Management

GMSC:Gateway Mobil

Switching Center

Trung tâm chuyển mạch di động tại

tổng đài cổng

Viết tắt Nghĩa tiếng Việt

MCC:Mobil Country Code Mã di động quốc gia

OMC:Operation and

Maintenance Center Trung tâm bảo dưỡng và khai thác

MAP:Mobil User Applicatio Part

Phần ứng dụng ngươi sử dụng di

độngIMSI-International Mobile

Subsciber Identifier

Nhận dạng thuê bao di động quốc

tếISC-International Switching

SCC-System Coodination Center Trung tâm phối hợp hệ thốngTT&C- Telemetry and Tracking

Center Trung tâm đo xa và điều khiểnSPCC-Service Provid er Control

Center

Trung tâm điều khiển của nhà cung

cấp dịch vụBSCI- Base Station Controller

Interface Giao diện điều khiển trạm gốc

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN VỆ TINH

1 1 GIỚI THIỆU

Chúng ta đang sống trong thời kỳ quá độ tới một xã hội định hướng thôngtin tiên tiến nhờ có các công nghệ mới trong nhiều lĩnh vực khác nhau Các loạithông tin truyền trên sóng vô tuyến, đó là viễn thông vô tuyến đã đi vào đờisống hàng ngày của chúng ta và chúng ta có thể cảm nhận cuộc sống hiện tại củathế giới xung quanh chúng ta nhờ các phương tiện truyền hình và điện thoạiquốc tế

Về đại thể các thông tin có thể được phân ra các loại như thông tin dùng cápđồng trục, cáp sợi quang và thông tin vô tuy ê sóng vô tuyến điện nối liền nhiềunơi trên thế giới vượt qua “thời gian” và “không gian”

Hiện nay, các hệ thống cáp biển dung lượng lớn sử dụng cáp sợi quang đãđược đưa vào sử dụng cho thông tin quốc tế cũng như trong các quốc gia, Đốivới thông tin vô tuyến quốc tế , thông tin vệ tinh đã cung cấp các đường thôngtin dung lượng lớn thay thế cho thông tin sóng ngắn trước đây được sử dụngthường xuyên hơn

Cần nói thêm rằng, mặc dù 2 loại thông tin cáp và vệ tinh có các tính năngđặc biệt khác nhau trong một chừng mực nào đó

Các tính năng chủ yếu của thông tin vệ tinh đã có sự phát triển vượt bậc trên

20 năm qua và đã trở thành phương tiện thông thông tin để xây dựng một xã hộiđịnh hướng thông tin tiên tiến

Để đạt được thông tin vệ tinh hiệu quả hơn, cần phải hiểu rõ hệ thống truyềndẫn, các công nghệ và cấu hình hệ thống trạm mặt đất Thông tin vệ tinh đựơchiểu là quá trình truyền và nhânh mọi dạng tin tức khác nhau(tín hiệu truyềnhình, thoại , số liệu…)giữa các điểm , các vùng trên mặt đất một cách gián tiếpqua vệ tinh Như vậy ta có thể coi là hệ thống thông tin vệ tinh giống như mộthình thức thông tin tiếp sức nhưng với trạm chuyển tiếp nằm rất cao so với các

hệ thông tin khác trên mặt đất Các ưu thế đó là:

+Khoảng cách thông tin liên lạc giữa các điểm thu, phát có thể rất lớn(trên 10

000 km với một vệ tinh địa tĩnh) Do đó đẻ thiết lập hệ thống thông tin viễnthông, thông tin toàn cầu chỉ cần một số ít vệ tinh, trạm chuyển tiếp Điều kiệnxây dựng thực tế với hệ thống thống thông tin vệ tinh cũng phụ thuộc chủ yếuvào trình độ kỹ thuật và công nghệ mới chứ ít gặp khó khăn do yếu tố địa lý nhưcác hệ thống thông tin khác

+Để xây dựng những tuyến liên lạc tới các vùng xa xôi , núi non hiểm trở hayxuyên qua các đại dương mênh mông hoặc các vùng sa mạc rộng lớn thì việcxây dựng các trạm thông tin chuyển tiếp hay xây dựng hệ thống cáp là rất khó

khăn, giá thành cao song lại không tiện lợi cho việc bảo quản, sửa chữa Trongkhi đó nếu thiết lập hệ thống thông tin với sự giúp đỡ của vệ tinh sẽ rất tiện lợi,giảm đáng kể giá thành xây dựng cũng như việc bảo quản,

+Vùng phủ sóng từ vệ tinh xuống trái đất la rất lớn với độ rộng búp sóngantenna vệ tinh là 1o với độ cao 36 000 km so với trái đất thì một vệ tinh có thểnhìn thấy 1/3 trái đất, như vậy chỉ với 3 vệ tinh có thể phủ sóng toàn cầu trừvùng bắc cực

+Với sự tiến bộ nhanh của công nghệ chế tạo, phóng vệ tinh và công nghẹ chếtạo các thiết bị công nghệ thông tin, thiết bị đo lường điều khiển từ xa, nguồnđiện cho các trạm vũ trụ…/đã tạo ra khả năng tăng dung lượng cho các bộ phátđáp trên vệ tinh+Tuyến thông tin liên lạc chỉ có 3 trạm trong đó vệ tinh đóng vaitrò trạm lặp do đó xác xuất hư hỏng là rất thấp, độ tin cậy trung bình đạt khoảng

99, 9%

+Hệ thống thông tin được thiết lập nhanh chóng trong điều kiện các tram mặtđất ở rất xa nhau về mặt địa lý, với kỹ thuật điều khiển phát xạ cho phép điềuchỉnh hướng liên lạc từ vùng này sang vùng khác của vệ tinh một cách tuỳ ýtheo mức độ công suất tuỳ ý, dung lượng có thể thay đổi một cách rất linh hoạttuỳ theo yêu càu sử dụng

Tuy nhiên bên cạnh những ưu điểm thông tin vệ tinh còn có các nhược điểm: +Kinh phí đầu tư ban đầu lớn

+Công nghệ không phải nước nào cũng sản xuất được(từ khâu phóng đến khâuthiết bị và điều khiển vận hành)

+Cường độ sóng thu ở mặt đất phụ thuộc vào vị trí toạ độ của vệ tinh

+Bức xạ của sóng bị tổn hao ở những vùng có nhiều mây mưa và mây mù Chính vì vậy mà công nghệ thông tin vệ tinh là một nghành khoa học mũi nhọncủa các quốc gia, qua đó sẽ đánh giá phần nào tiềm lực kinh tế , quân sự… củaquốc gia đó là mạnh hay yếu

1 2 NGUYÊN LÝ THÔNG TIN VỆ TINH

Một vệ tinh có khả năng thu, phát sóng vô tuyến điện sau khi được phóng vào

vũ trụ dùng cho thông tin vệ tinh Khi đó vệ tinh sẽ khuếch đại sóng vô tuyếnđiện nhận được từ các trạm mặt đất và phát lại đến các trạm mặt đất khác Loại

vệ tinh nhân tạo sử dụng cho thông tin vệ tinh như thế gọi là vệ tinh thông tin

Do vệ tinh chuyển động khác nhau khi quan sát từ mặt đất phụ thuộc vào quỹđạo bay của vệ tinh, vệ tinh có thể được phân ra vệ tinh quỹ đạo thấp và vệ tinhđịa tĩnh

+Vệ tinh quỹ đạo thấp là vệ tinh mà nhìn từ mặt đất nó chuyển động liên tục,thời gian cần thiết cho vệ tinh để chuyển động xung quanh quỹ đạo của nó khácvới chu kỳ quay của trái đất xung quanh trục của nó

Hình vẽ1 1:Các dạng Quỹ đạo của vệ tinh

Vệ tinh địa tĩnh là vệ tinh được phóng lên quỹ đạo tròn ở độ cao khoảng 38

000 km so với đường xích đạo Vệ tinh loại này bay xung quanh quả đất 1 vòngmất 24 giờ Do chu kỳ bay của vệ tinh bằng chu kỳ bay của quả đất xung quanhtrục của nó theo hướng cùng với hướng quay của quả đất, bởi vậy vệ tinh dườngnhư đứng yên khi quan sát từ mặt đất, do vậy nó được gọi là vệ tinh địa tĩnh Bởi

vì một vệ tinh điạ tĩnh có thể đảm bảo thông tin ổn định liên tục nên nó có nhiều

ưu điểm hơn vệ tinh quỹ đạo thấp dùng làm vệ tinh thông tin

Nếu 3 vệ tinh được đặt ở các vị trí cách đều nhau bên trên xích đạo(hình vẽ)thì có thể thiết lập thông tin giữa hầu hết các vùng trên quả đất bằng cáchchuyển tiếp qua một trong hai vệ tinh

Điều này cho phép xây dựng một mạng thông tin trên toàn thế giới

Một hệ thống thông tin vệ tinh gồm một vệ tinh trên quỹ đạo và các tram mặtđất, các tram này có thể truy nhập đến vệ tinh ,

Đường hướng từ trạm mặt đất phát đến vệ tinh gọi là đường lên(up link)vàđường hướng từ vệ tinh đến trạm mặt đất gọi là đường xuống(down link)

Hầu hết các tần số trong khoảng 6GHz và 14GHz được dùng cho đường lên vàcác tần số khoảng 4 GHz hoặc 11GHz được sử dụng cho tuyến xuống

Hình1 2 Vệ tinh hai băng tần AMSCHƯƠNG II: CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH

Thông tin di động vệ tinh trong mười năm gần đây đã trải qua những biến đổicách mạng, bắt đầu từ hệ thống thông tin di động hàng hải(INMARASAT) vớicác vệ tinh ở quỹ đạo địa tĩnh(GSO) Năm 1996 INMARSAT phóng 3 trong số

5 vệ tinh của INMARSAT 3 để tạo ra các chùm búp hẹp chiếu xạ toàn cầu Tráiđất được chia thanh các vùng rộng lớn được phục vụ bởi các chum búp hẹp này.Với cùng một công suất phát các chùm búp hẹp tạo ra được EIRP lớn hơn nhiều

so với các chum búp toàn cầu Nhờ vậy việc thiết kế đầu cuối mặt đất sẽ đơngiản hơn vì đầu cuối mặt đất sẽ nhìn thấy anten vệ tinh với tỷ số giữa hệ sốkhuếch đại anten và nhiệt độ tạp âm hệ thống (G/Ts)lớn hơn và EIRP đườngxuống lớn hơn Người ta dự định có thể sử dụng thiết bị đầu cuối mặt đất vớikích thước ssổ tay Hiên nay các vệ tinh ở GSO cho phép các thiết bị di độngmặt đất trên ôtô hoặc kích cỡ vali Với EIRP từ vệ tinh đủ lớn , các máy di động

có thể sử dụng các anten có kích thước trung bình cho dịch vụ thu số liệu vàthoại Tuy nhiên vẫn chưa thể cung cấp dịch vụ cho các máy thu phát cầm tay

Để đảm bảo hoạt động ở vùng sóng viba thấp cho các bộ thu phát cầm tay ở

hệ thống vệ tinh GSO cần có anten đủ mở(hệ số khuếch đại anten cao) đạt đượcbên trong thiết bị phíng và công suất phát bổ sung Chẳng hạn ở băng tần L(1đén 2 GHz), kích thước anten có thể từ 10 đến 15 mét Sở dĩ cần như vậy là vìmáy thu phát cầm tay có công suất phát thấp(vài trăm mW )và hệ số khuếch đạianten thấp (0 đến 3 dB) Công suất phát của máy cầm tay phụ thuộc vàoacqui(và trọng lượng của nó), nhưng quan trọng hơn là an toàn cho người sửdụng Vì thế các vùng dưới mặt đất đòi hỏi mật độ thông lượng công suất đếnanten cao hơn (đạt được nhờ EIRP cao)và tỷ số G/Ts ở vệ tinh cao(*anten thu vệtinh có hệ số khuếch đại cao) để bắt được tín hiệu yếu từ máy phát vủa máy cầmtay Một tổ chức GSO hiên nay có thể cung cấp dịch vụ cho các máy thu kíchthước va li là:Hãng vệ tinh di động Mỹ(AMSC) sử dụng vệ tinh GSO đặt ở

1010W Vệ tinh này đảm bảo dịch vụ cho thông tin của người dùng ở băng L và

sử dụng băng KU(11 đén 18 GHz) để giao diện với trạm mặt đất nơi kết nối vớimạng PSTN Tất cả các vệ tinh di động cung cấp dịch vụ tiếng phụ thuộc vàoanten tram mặt đất có tính hướng(G>10 dB) Có thể sử dụng các anten cókhuếch đại thấp hơn nhưng chỉ có thể cung cấp dịch vụ cho tốc độ số liệu thấphoăc tin nhắn(phi thoại)

Hiện nay thông tin vệ tinh đang chuyển sang dịch vụ thông tin di động cánhân(PCS)với các máy thu phát cầm tay Đối với các ứng dụng nầýcc vệ tinhphải có qquỹ đạo thấp(LEO)( độ cao khoảng 1000 km)và quỹ đạo chung MEO(độ cao khoảng 10000 km) Các vệ tinh này sử dụng các chùm búp hep chiếu xạmặt đất để tạo thành cấu trúc tổ ong giống như các hệ thống tổ ong mặt đất Tuynhiên do vệ tinh bay nên các chùm búp này di động và cơ bản trạm di động cóthể coi là đứng đối với các búp hẹp(ttổ ong)chuyển động khá nhanh

Cũng có thể lập trình các búp hẹp này để quét các vùng phục vụ mặt đất vàduy trì vùng chiếu cố định như hệ thống tổ ong Tuy nhiên điều này đòi hỏi cácanten phức tạp hơn, chẳng hạn dàn chỉnh pha hay anten quét cơ khí hoặc điềukhiển độ caơ quỹ đạo vệ tinh

Một số hãng đang đưa ra các đề án LEO hay MEO để cung cấp cả dịch vụtruyền số liệu và tiếng chủ yếu các dịch vụ số liệu được cung cấp bởi các hệthống vệ tinh LEO nhỏ, con cả hai dịch vụ số liệu và tiếng được cung cấp bởicác hệ thống vệ tinh LEO lớn Nói chung các vệ tinh của LEO lớn phức tạp vàđắt tiền hơn Trong phần dưới đây ta sẽ xét một số hệ thống thông tin vệ tinhđiển hình

là sự ra đời của MARECS, IVMCS và INMARSAT , nhưng MARISAT vẫn tiếptục hoạt động Phát triển cao nhất là chùm vệ tinh của INMARSAT-3 đảm bảocác búp toàn cầu và các búp hẹp Tấ cả các hệ thống nói trên chủ yếu cung cấpdịch vụ thông tin di động cho đất liền và hàng không Đường dịch vụ của các hệthống này sử dụng băng L, còn đường tiếp sóng sử dụng băng C Các hệ thốngnày không cung cấp được dịch vụ cho các máy cầm tay Comsat đã phát triểnđầu cuối xách tay có tên gọi là Planet 1 để sử dụng dịch vụ do INMASAT -3cung cấp Các bup hẹp tạo ra EIRP và G/Ts đủ lớn để thông tin với máy xách tay

Để phát triển thông tin vệ tinh , năm 1985 FCC cho phép Công xoocxiom củacác hãng cung cấp dịch vụ cho Mỹ, Tập đoàn vệ tinh di động Mỹ AMSC nhậnđược cấp phép này Hệ thống vệ tinh này được đặt tên là AMSC Hệ thống cóthể cung cấp dịch vụ thông tin di động vệ tinh mặt đất(LMSS), dịch vụ thông tin

di động vệ tinh hàng không(AMSS)và dịch vụ thông tin vệ tinh hànghải(MMSS) Hệ thống có thể cung cấp các dịch vụ thoại , số liệu và FAX chocác máy xách tay, đặt trên ôtô hay các trạm cố định Dịch vụ này có tên là ô trêntrời(Skycell) Dịch vụ tổ ong (cho máy cầm tay)có thể nhận được từ khai thácsong mốt ở vùng có hệ thống thông tin di đọn tổ ong mặt đất AMSC không đủmạnh để cung cấp dịch vụ cho máy cầm tay, vì anten mặt đất phải có khuếch đạikhoảng 10 dB để đạt được dịch vụ tiếng tin cậy Tháng 4 năm 1995 vệ tinhAMSC được phóng lên và đưa vào phục vụ vài tháng sau đó AMSC -1 đượcđặt ở kinh độ 101o W FCC cho phép AMSC phóng ba vệ tinh

Hãng di động Telesat của Canada đã thoả thuận liên doanh để phóng vệ tinh(MSAT) Vệ tinh này đã được phóng và đặt ở kinh độ 1060 W

Tần số công tác đường dịch vụ của AMSC -1 là 1530-1559 cho đường xuống

và 1631, 5-1660 cho đường lên Vệ tinh hoạt động như ống cong”bent pipe”(haitrạm mặt đất đều nhìn thấy vệ tinh trong lúc liên lạc) và không có xử lý trên vệtinh Đầu cuối của người sử dụng nằm ở băng L Quá trình định tuyến tín hiệuđến và từ vệ tinh được cho trên (hình 1 1) Hai anten dù mở được sử dụng kếtnối thông tin giữa hai người sử dụng Anten siêu cao tần (SHF) cho búp sóngđược định dạng để phủ sóng hầu hết Bắc Mỹ Không có đường nối trực băng Lgiữa hai người sử dụng Để thực hiện cuộc gọi , người sử dụng phát tín hiệuđường lên băng L đến vệ tinh, ở vệ tinh tín hiệu này chuyển đổi tần số đượcphát xuống ở tần số 13 GHz đến trung tâm điều khiển Trung tâm này ấn địnhcặp kênh cho phía khởi xướng và kế nối cuộc gọi Sau khi kết nối được thựchiện , hai phía có thể thông tin với nhau Tín hiệu phía khởi xướng được phát lênđến vệ tinh , sau đó từ vệ tinh được phát xuống đến trạm cổng và từ trạm cổngnày được phát lên vệ tinh Tại đây, nó được chuyển vào băng L và phát đếntrạm kết cuối Nêú phía kết cuối không phải máy di động , trạm cổng kết nốicuộc gọi đén PSTN nội hạt Sau khi cuộc gọi kết thúc , kênh được giải phóng Thực chất thông tin ở đây được thực hiện ở hai chặng và không có kết nối trựctiếp ở băng L Thuật ngữ kỹ thuật được sử dụng trong trường hợp này là :không

đấu nối băng L với băng L ở vệ tinh Trước hết AMSC sử dụng các đầu cuối haichế độ vệ tinh /tổ ong Nếu máy di động không thể kết nối đến hệ thống tổ ongmặt đất, cuộc gọi được định tuyến qua chế độ vệ tinh

2 2 Dịch vụ cho Châu Âu bằng hệ thống Archimedes

Hãng hàng không vũ trụ châu Âu đã đề xuất sử dụng vệ tinh tiachớp”Molnya” quỹ đạo elip ở điểm cực viễn để bảo dịch vụ tiếng bằng đầu cuốikích thước va li cho Châu Âu Sử dụng dạng quỹ đạo này có hai cái lợi Nó chophép góc ngẩng của búp anten cao hơn (khoảng 700), nhờ thế giảm phadinhnhiều tia xảy ra khi sử dụn góc ngẩng thấp và che tối của các vật cản Ngoài raanten của người sử dụng không cần thiết phải vô hướng vì vệ tinh được nhìnthấy trong khoảng thời gian dài ở vùng cực viễn Hai yếu tố này (góc ngẩng cao

và tính hướng anten)cho phép giảm quỹ đạo đường truyền , nhờ vậy tiết kiêmđáng kể công suất vệ tinh Chum vệ tinh trong trường hợp này sử dụng 4 vệ tinhvới mỗi vệ tinh ở một quỹ đạo Molnia, nút lên cách nhau 900 và góc nghiêng 63,

40 Các vệ tinh được định pha ở xung quanh điểm cực viễn tại các thời điểmkhác nhau để có thể phủ được toàn Châu Âu trong 24 giờ Với chu kỳ quay 12giờ, hai cực viễn xảy ra ở bán cầu bắc , nhưng chỉ điểm trên Châu Âu là đượctích cực Điểm cực viễn được nhìn thấy trong khoảng thời gian từ 6 đến 8 giờ,trong khoảng thời gian này các vệ tinh được tích cực Cấu hình của hệ thống vệtinh này được cho ở (hình 2 2a)

Hình 2 2 a)Các quỹ đạo vệ tinh Molnya ;b)Cấu hình hệ thống thông tin di động vệ tinh ASMC và Archimedes

Anten trên mỗi vệ tinh (ở khoảng thời gian gần điểm cực viễn)sẽ chiếu xạchau âu bằng 6 búp Lưu ý rằng trong khoảng thời gian này cợ ly đến trạm mặtđất sẽ thay đổi vì thế mức tín hiệu thay đổi vào khoảng 4 dB Nếu khgông thayđổi chiếu xạ của búp anten(chẳng hạn giảm độ rộng của búp khi tiến đến gầnđiểm cực viễn)thì kích thước của vệt phủ cũng thay đổi Việc giảm độ rộng búpcũng dẫn đến tăng hệ số khuếch đại, điều này là cần thiết vì cự ly đến trạm mặtđất tăng Hệ thống cung cấp dịch vụ băng L Mỗi vệ tinh đảm bảo cung cấp dịch

vụ cho 3000 kênh thoại

Cấu hình của vệ tinh cho hệ thống ASMC và Archimedes giống nhau vàđược cho ở (hình 1 2 b) Cả hai hệ thống đều sử dụng bộ phát đáp “ốngcong”nhờ vậy mà có thể sử dụng chúng cho mọi tiêu chuẩn điều chế và truynhập

2 3 Dịch vụ di động vệ tinh quỹ đạo không phải địa tĩnh(NGSO)

Chìa khoá để phát triển dịch vụ thông tin di động là đảm bảo thông tin cánhân mọi nơi mọi chỗ cho các máy thu phát cầm tay với giá thành hợp lý Nhờ

sự ra đời của phương pháp xử lý tín hiệu số mới và vi mạch tích hợpcao(MMIC, VLSI) điều này có thể thực hiện được Bước tiếp theo là tiến hànhgiao diện với cơ sở hạ tầng hiện có của thông tin di động tổ ong mặt đất Giaodiện này cho phép khai thác song mốt vệ tinh -mặt đất Sự ra đời của các vệ tinhthông tin NGSO nhằm đạt được mục đích này Đây là các vệ tinh LEO(độ caoquỹ đạo 1000 km)và MEO (độ cao quỹ đạo 10 000 km) Các vệ tinh này sửdụng các chum tia hẹp chiếu xạ mặt đất để tạo thành cấu trúc tổ ong giống nhưcác hệ thống tổ ong mặt đất Tuy nhiên do vệ tinh bay nen các chùm tia này diđộng cà cơ bản trạm di động có thể coi như là dừng đối với các tia hẹp(tổong)chuyển động khá nhanh

Cũng có thể lập trình các tia hẹp này để quét sóng các vùng phục vụ mặt đất

và duuy trì vùng chiếu cố định như hệ thống tổ ong Tuy nhiên điều này đòi hỏicác anten phức tạp hơn , chẳng hạn dàn chỉnh pha hai anten cơ khí hoặc điềukhiển độ cao quỹ đạo vệ tinh Trong phần dưới đây ta sẽ xét hoạt động của hệthống có nhiều quỹ đạo thấp (gọi tắt là LEO)

Hình 2 3 sẽ cho chúng ta thấy cấu trúc điển hình của hệ thống thông tin di động

vệ tinh LEO

Hình 2 3 Cấu trúc chung của một hệ thống thông tin LEO/MEO

2 3 1, Hoạt động của vệ tinh đa LEO

Một vệ tinh LEO không thể cung cấp dịch vụ thời gian thực vì tram mặt đấtchỉ có thể nhìn thấy nó trong khoảng thời gian vài chục phút, trong khi đó chu

kỳ quỹ đạo thông thường lên tới hàng tram phút Chỉ có thể áp dụng chế độ hoạtđộng này cho các khai thác phát bản tin kiểu lưu và phát Hiện nay cũng có các

vệ tinh làm việc ở chế độ này

Để đảm bảo phủ liên tục, phải sử dụng một chùm vệ tinh và số vệ tinh phụthuộc vào độ cao của chúng , vào góc ngẩng của tối thiểu cảu tia anten thu phátmặt đất(góc ngẩng cần thiết để giảm tổn hao do che chắn)

Các MEO hoạt động ở các độ cao hơn sẽ có chu kỵ quỹ đạo vbào khoảng 6giờ và có thể nhìn được trong khoảng 2giờ Nói chung MEO đòi hỏi ít vệ tinhtrên quỹ đạo hơn vì có thể nhìn thấy chúng từ một vùng rộng hơn của quả đất sovới LEO

Với LEO ta có thể phủ toàn cầu hay các vùng lựa chon bằng các tia hẹp môphỏng hình thái tổ ong của hệ thống mặt đất Tuy nhiên, do độ cao và kích thướcgóc mở anten trên vệ tinh có hạn, các tia hẹp sẽ vẫn chiếu xạ các vùng rộnglớn(đường kính vài trăm km) có thể gọi cá vùng này là ô mêga so với các ômacro ở các hệ thống tổ ong mặt đất(các ô này có đường kính khoảng 1km đến

20 km)

Khấc với hình học tổ ong của GSO và hệ thống mặt đất, các ô chuyển động

ở LEO nói chung sẽ không quét hết các vùng mật độ dân cư cao và trong các

chu kỳ quỹ đạo của mình có thể xảy ra các vùng im lặng Tất nhiên là điều xảy

ra ở các vùng cực và đại dương Khi chuyển vào các vùng thưa dân , dịch vụ cóthể bị cắt hay các tia có thể được tắt

Các tia hẹp hay cá ô do các LEO cung cấp có thể giao diện với hệ thống tổong mặt đất Chẳng hạn ở thành phố các máy di động cầm tay có thể làm việcvới hệ thống di động tổ ong mặt đất, còn ở các vùng xa nơi không có hệ thống tổong mặt đất Chẳng hạn ở thành phố, các máy di động cầm tay có thể làm việcvới hệ thống tổ ong mặt đất , còn ở các nvùng xa nơi không có hệ thống tổ ongmặt đất các máy này có thể sử dụng dich vụ di động do hệ thống vệ tinh cungcấp Cũng có thể sử dụng hệ thống vệ tinh để giải quyết vấn đề ứ nghẽn thôngtin di động tại thành phố trong giờ cao điểm Nếu thiết kế máy cầm tay khôngđảm bảo tính tương thích giữa sử dụng mặt đất và vệ tinh , thì có thể phải sửdụng các máy song mode

Giai đoạn tiếp theo có thể đảm bảo dich vụ cho các máy cầm tay từ hệ thống

vệ tinh GSO Hệ thống này đòi hỏi các anten vệ tinh khá lớn để đảm bảo EIRPlớn cho anten vô hướng của máy cầm tay và G/Ts của vệ tinh lớn khi công suấtphát từ máy cầm tay không lớn

Hình 2 3 1 cho thấy một vùng phủ sóng cho mặt đất điển hình từ vệ tinh

Vệ tinh được đặt ở độ cao h so với mặt đất và (anpha) là góc ngẩng tối thiểu mà

ở đó các máy thu phát mặt đất còn đảm bảo dịch vụ tin cậy và dự trữ công suấtđường truyền cho phép Thông thường (anpha )lớn hơn 100

Mặc dù mong muốn đảm bảo vùng phủ sóng rộng nhất , nhưng lại xuất hiệncác vấn đề cần giải quyết Một trong các vấn đề này là lưu lượng(số người sửdụng)có thể vượt xa số kênh cho phép của giải tần được cấp Để vùng phủ sóngđược chia thành các ô nhờ các chùm tia hẹp Số ô càng lớn thì vùng hiệu suất tái

sử dụng tần số càng cao Tuy nhiên, khi này góc mở của anten vệ tinh phải đủlớn, vì vệt phủ(ô)phụ thuộc vào góc mở và độ cao Ngoài ra, cũng phải thực hiệnchuyển giao nhiều hơn và nhanh hơn do chuyển động của vệ tinh ở quỹ đạothấp

(Hình vẽ)Vùng phục vụ được chia thành các ô nhờ tia hẹp để tái sử dụng tần số

Anten lớn sẽ chiếu xạ mật độ thông lượng cao hơn lên bề mặt trái đất mật độthông lượng này đươcj xác định như sau:

PFD=GsPs/4piRstl W/m2

Mật độ thông lượng PFD lớn hơn có nghĩa là công suất thu được ở thiết bịmặt đất cao hơn, vì công suất này được xác định như sau:

P=PFD x diện tích hiệu dụng anten

=PFD x Ac=( GsPs/4piRstl ) x (Grlamda2/4pi) W

Teong đó :Gs:hệ số khuếch đại anten vệ tinh

Ps:Công suất phát vệ tinh

Rstl:Khoảng cách đường xiên đến máy thu

Gr:Hệ số khuếch đại anten thu

A:cDiện tích hiệu dụng anten thu

Trên mặt đất số ô trong vùng phủ phụ thuộc vào kích thướclớn nhất củaanten mà vệ tinh cho phép và độ lớn của tên lửa phóng Vì thế để được anten lớnngười ta sử dụng anten dù mở

Cấu trúc ô trong vùng phủ nhận được nhờ các chùm tia hẹp Cũng như ở hệthống tổ ong mặt đất FDMA, số người sở dụng trên ô hay trên tia hẹp đươcj xácđịnh như sau:

Ngoài ra xét về quan điểm nhiễu, các tia hẹp không chỉ giới hạn năng lượngtrong một vùng hẹp hay một ô mà có thể tràn sang các ô khác do sự có mặt củacác búp hướmg bên

Hình 2 3 1:Cho thấy bốn vệt phủ liên tiếp (bốn ô) và các tia hẹp tạo nên các vệt phủ này

Hình 2 3 2 Cho thấy bốn vệt phủ liên tiếp(bốn ô) và các tia hẹp tạo nên các vệt phủ này

Hình2 3 2 Các tia hẹp liên tục và đường viền của chúng

Từ hình 10 3 cho thấy tất cả các tia đều có các búp bên và búp chính cắtnhau Nói một cách khác các tia cuả anten thực tế không phải các tia phân đoạn

lý tưởng và năng lượng do các tia bên của chúng sẽ gây nhiễu cho các ô ở xa.Bằng cách lựa chon hàm chiếu xạ anten vệ tinh ở góc mở , ta co thể giảm cácbúp bên Tuy nhiên điieù này làm mở rộng búp chính và giảm khuếch đậi dọctrục Vì thế cần có lựa chọn dung hoà

2 3 2 Thiết kế chùm vệ tinh tổ ong

Để phủ tổ ong toàn cầu với chất lượng đảm bảo cần sử dụng chùm nhiều vệtinh Về khía cạnh kinh tế thì số vệ tinh của chum càng ít càng tốt Hai yếu tốđóng vai trò quan trọng trong quá trình thiết kế : độ cao của các vệ tinh trongchùm và góc ngẩng tia anten của máy thu phát mặt đất Hai yếu tố này cùng ảnhhưởng lên số lượng vệ tinh cần thiết Một mặt, độ cao quỹ đạo càng cao thìvùng