Anten nhiều tia dùng trong thông tin vệ tinh luận văn ths kỹ thuật vô tuyến điện tử và thông tin liên lạc 2 07 00 pdf

Mạng thòns tin là một trong những cơ sở hạ táns cẩn thiết phải iươc nủns cấp, đầu tư và hiện đại hoá phù họp với xu thế phát triển của thế y\á[ Trong mạnu viễn thông, các hệ thống truyề

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

KHOA CÔNG NGHÊ

NGUYỄN THỊ THU HUYỀN

ANTEN NHIỀU TIA

Chuyên ngành: ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

Mã số: 2.07.00

LUẬN VĂN THẠC s ĩ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KH: GS.TS PHAN ANH

H á N ộ i - 2 0 0 2

M Ụ C L Ụ C■ •

Lời nói đẩu

CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT VỀ THÔNG TIN VỆ T I N H 1

1.1 Giới thiệu c h u n g 1

1.2 Đặc điểm của thô ng tin vệ tinh 2

1.3 ứ ng dụng của thông tin vệ t i n h 5

1.3.1 Úiig dụng của thống tin vệ tinh 5

1.3.2 Xu hướng phát triển kỹ thuật của thông tin vệ tinh 6

CHƯƠNG 2: HỆ THÔNG VỆ TINH VÀ CÁC PHÂN H Ệ ■ ■ • 9

2.1 Giói t h i ệ u 9

2 2 Cấu hình của hệ thống thông tin vệ t i n h 10

2.2.1 Phần Không gian 1 ỉ 2.2.2 Phần Mặt đất 13

2.3 C á c t h à n h p h ầ n c h í n h c ủ a v ệ tinh t h ô n g t i n 15

2.3.1 Tải thông tin (Payload) 15

Bộ khuyếch dại tạp âm th ấ p 15

Bộ đổi tầ n 18

Bộ KD tiền công suất và bộ phản chia HYBRID 19

Cóc bộ phát đ á p 19

Bộ ghép công su ấ t 20

Hệ thống anten vệ tinh 20

2.3.2 Phần con tầu (Platform) 21

Hệ do xa!bám vệ linh/điểu khiển x a 2 1 Hệ cung cấp năng lượng 21

Hệ (tiều khiển và xác định trạng thái cùa vệ tinh 22

Hệ đ ẩ y 23

Hệ điêu khiển nhiệt 24

2.4 Các kỹ thuật đa truy n h ậ p 25

2.4.1 Khái niệm 25

2.4.2 Các vấn đề lưu lượna 26

2.4.3 Kỹ thuật da truy nhập phân chia theo tần số (FDMA) 27

Trang

2.4.4 Kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo thời gian ('[’DMA) 30

2.4.5 Kỹ thuật đa iruy nhập phân chia iheo mã (CDMA) 37

C H Ư Ơ N G 3 : H Ệ T H Ố N G A N T E N V Ệ T I N H 43

3 1 L ý t h u y ế t c h u n g v ề a n t e n 43

3.1.1 Hệ số định hướng 44

3.1.2 Độ tăng ích và đồ thị phương hướng 44

3.1.3 Độ rộng búp sóng 46

3.1.4 Búp sóng phụ 48

3 2 C á c l o ạ i a n t e n v ệ t i n h 50

3.2.1 Anten lưỡng c ự c 50

3.2.2 Anten l oa 50

Anten loa hình nón 52

Aìĩten loa vách nhăn 53

Anten loa lưỡng mode 54

Anten loa nhiều mức lo e 55

3.2.3 Anten mặt phản x ạ 55

An ten mặt phản xạ paraboì tiếp diện ở tâ m 57

Anten mặí phản xạ tiếp điện lệch tâ m 57

Anten Casse grain 58

Anten Cassegrain tiếp điện lệch tà m 59

Anten nhiều mặt phàn xạ phụ chọn lọc tần sô (FSS) 60

Anten mặt phàn xạ có thể mở ra dược 61

3.2.4 Anten dàn 63

Anten dàn xoắn 64

Anteil dàn tích cự c 65

3.2.5 Anten TT&C 66

3.2.6 Anteil vệ tinh di động hiện tại và trong tương l a i 69

C H Ư Ơ N G 4 : L Ý T H U Y Ế T A N T E N N H I Ề U T I A 7 2 4 1 Đ ặ c đ i ể m v à p h â n l o ạ i a n t e n n h i ề u t i a 72

4.1.1 Đặc điểm của anten nhiẻu ria 72

4.1.2 Phân loại antcn nhiều tia 73

Anten nhiều tia riêng r è 73

Các búp sóng liền k ê 74

Các búp sóng mắt c á o 75

Phcĩn loại anten nhiều tia theo khu vực phủ són g 78

4.1.3 Tạo vùng phủ sóng bằng anten nhiều t i a ^ 4.2 Cấu hình anten nhiều tia .

y ^ i t y e n T h ị T h u ỉ l u y é n

LỜI NÓI ĐẦU

Xã hội cànu phát trien thì nhu cáu trao dổi thông tin, liên lạc càn« ?-in,r

Đẽ có thể thúc đáv kinh tế và xã hội phát triển một cách đổnii đểu mỏi rpòt quốc iiia phải xây đựns được cơ sớ hạ tầng vững mạnh dáp ứng được nhu cầu cần thiết Mạng thòns tin là một trong những cơ sở hạ táns cẩn thiết phải (iươc nủns cấp, đầu tư và hiện đại hoá phù họp với xu thế phát triển của thế y\á[

Trong mạnu viễn thông, các hệ thống truyền dẫn giúp cho việc triển kh' j vì

mờ rộns các dịch vụ viễn thôns trẽn các phạm vi rộns lớn Ngoài các phươn» tiện truyền dẫn phổ biến nhự cáp đổng, sợi quang, các tuyến vi ba, thồ nơ tin vê tinh là một phương tiện truyền dẫn quan trọng cho phép hỗ trợ cho các rrina

> ^thônu tin mặt đất hiện có và cho phép triển khai các dịch vụ thông tin khẩn cấp một cách nhanh chóng

Vệ tinh ở nhữns thời kỳ đầu của sự phát triển có dung lượn2 thấp và <àấ thành rất cao; N s à y nav giá thuê kênh vệ tinh thấp hơn nhiều so với thờ kỳ đầu là do sử dụns các phuxm2 tiện phóng tin cậy hơn và có thể phóng được các

vệ tinh lớn lên qũi đạo đồng thời vệ tinh cũng có dung lượng lớn hơn nheu Hơn nữa, nhờ sự tiến bộ của kỹ thuật vi ba đã cho phép tạo ra các anten vê linh nhiều tia mà vùng phủ sóng của nó có hình' dạng đặc biệt hơn, khả năn«- tá sử dụne tần số tronII các tia và kết hợp được các bộ khuếch dại côns suất cao

Tiến trình áp đụn 2 côns nshệ thô nu tin vệ tinh vào mạng viễn thí) nơ nước ta được mờ đầu từ năm 1980 đến nay đã là một yếu tố góp phán đern hi

sự phồn vinh của ngành Bưu điện Việt nam nói rièng và nền kinh tế quốc (Sn nói cliuniì trong 20 năm qua Hệ quá tất yếu của quá trình phát triển này làdư

án phóng vệ tinh viễn thòns riêng của Việt nam đang được triển khai một ccch khán trươna và dự kiến sẽ trờ thành hiện thực trong siai đoạn 2002-2004 tớ

Bèn cạnh những nỏ lực tìm kiếm các mai pháp cho mội cấu hình, dm<r

lượiiũ và chò tạo tên lửa đẩy cho vệ linh tưưnii lai phù hợp với nhu ciiivi

T r ư ờ n ” Đ I ỉ O íid c iỊÌa ỉỉcì n ộ i - K h o a C ôniỊ

hoàn cánh của nước nha, cũna như thưưng thuvet, phoi hợp vái cộntỉ đónu quỏc tế và khu vực vè việc sử dụne nuuổn tài nụuvên tan số và khòng tiian

đặt ra là cán phải xây dựng cấu hình, chỉ tiêu kỹ thuật vệ tinh như thế nào để kinh doanh khai thác đạt hiệu quả cao nhất?

Từ trước đến nay ta mới chi dừng lại ờ quá trình sử dụng khai thác trạm mặt đất qua vệ tinh của các nhà khai thác quốc tế như Intelsat hoặc của các nước khác Hiện nay, với vệ tinh VINASAT, c h ú n s ta cần quan tàm xây dựna dội nsũ kỹ thuật có trình độ hiểu biết về thông tin vệ tinh để có thể xây dựns

dự án cũn2 như quản lý trực tiếp vệ tinh qua trạm điều khiển vệ tinh (TT&C)

Với tham vọns; như Vậy, tác iỉià trona luận văn tốt nghiệp này mong muốn đề cấp đến các vấn đề kỹ thuật trực tiếp của vệ tinh thôns tin địa tĩnh, irons đó có việc tìm hiểu cách xây dựng thiết kế vù ns phủ sóng cùa anten trên

vệ tinh qua phần mềm SATSOFT mà hiện nav các chuyên gia về anten vệ tinh đan2 sử dụng để thiết kế

Tuy nhiên do giới hạn về thời gian nên luận ván mới chỉ dừns lại ở một sỏ' kết qua nhất định và chắc chắn không tránh khỏi những khiếm khuyết cán

bổ sung và sửa chữa

Vì vậy tác giá rất kính mon2 các Giáo sư và các bạn đồn«: níỉhiệp chí dẫn và góp ý để tác 2Ìả có thể tiếp tục nàng cao đề tài của mình irons nshiên cứu tương lai

Luận vãn này gồm 5 chương:

Ch ươn ơ 1: Khái quát về thông tin vệ tinh

Chương 2: Hệ thốn2 vệ tinh và các phân hệ

Ch ươn £ 3: Hệ thống an ten vệ tinh

Chương 4: Lý thuvết anten nhiều tia

Chương 5: Thiết kế vùng phủ sóng cho vệ tinh VINASAT

CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT VỂ THÕNG TIN VỆ TINH

1 1 G I Ớ I T H I Ệ U C H U N G

Thõng tin vỏ luyến diện bán2 vệ tinh ra đời nhằm mục đích khấc phục các nhược điểm của mạng vò tuyến mặt đất, đạt được dung lươno cao hơn băng tần rộn2 hơn, đem lại cho khách hàng nhiều dịch vụ mới

và thuận tiện với chi phí thấp

Trons chiến tranh thế dới lần thứ hai, để tạo ra các vũ khí, khí tài ngày càng hiện đại, các nước tham chiến buộc phải thúc đẩy việc nshiên cứu hai kỹ thuật mới là tên lừa tầm xa và truyền dẫn viba Hũ

kv thuật này lúc đầu chỉ là nhữns kv thuật riêns rẽ về sau này người ti

mới tìm cách kết hợp hai kỹ thuật này lại với nhau và đã đạt được nhiều thành con" đáns kể, từ đó tạo điều kiện cho sự ra đời của thông tin Vè

tinh Hiện nay, nhữnsì dịch vụ mà hệ thons vệ tinh đem lại đã trở nên là:

đa dạn2 và các ưu điểm của nó so với các mạng vô tuyến mặt đất hú', các rnạnơ cáp ỉà không thể phủ nhận

Năm 1957, nước Nga phóns; thành công vệ tinh nhân tạo đẩu tiér của loài người lên quỹ đạo (vệ tinh SPUTNIK) Các năm sau đó các cuộc thử Iishiệm được diễn ra liên tiếp như quản« bá lời chúc RÌár.ọ sinh của Tons: thốns Mỹ Eisenhower qua vệ tinh SCORE năm 1953 phóng thành công vệ tinh ECHO năm 1960, truyền tin qua vệ tinh COURIER năm 1960, các vệ tinh dái rộng TELSTAR và RELAY năm

1962 và vệ tinh thông tin đầu tiên SYNCOM năm 1963

Đến năm 1965 vệ tinh địa tĩnh thương mại đầu tiên (INTELSAT l hav còn gọi là EARLY BIRD) được đưa lẻn quỹ dạo, đánh dấu ihci điểm chính thức thôn" tin vệ tinh có thể phục vụ dân sự Cùng năm d5

vệ tinh viễn thông đầu tiên của nước N«a thuộc thế hệ MOLNYA CĨU1T

đă dược phóng

Nhữnn hộ thõìm vệ tinh đầu tiòn chi có khá nã nu C I I I1 2 cáp một duníi lượrm tháp với siú thuê tươna đoi cao Ví dụ vệ linh INTELSAT 1 chi có 480 kênh thoại với iiiá thuê 32.500$ một kênh một năm Giá thành quá cao nàv là cio tại ihời điểm bấy giờ khả nan í cùa tên lửa dẩy còn thấp nên người ta khòns the đưa lên được một vệ tinh quá nặnsì có dung lượniĩ lớn lén quĩ dạo Dần dần với sự tiến bộ của kv thuật, các tên lửa đẩy trớ nên rất mạnh Thèm nữa, nsười ta cũng đạt được các tiến bộ trong chế tạo các anten nhiều tia (multi beam) phù hợp với hình dáng của vùn2 phục vụ cùng với các kỹ thuật sử dụng lại tần số và côno nshệ bán dẫn đã cho phép các vệ tinh có mức phát tín hiệu mạnh hon và tiết kiệm dải tần hơn Sự phát triển này làm cho chúng ta có thể phóns dược nlũrna vệ tinh năn »'với duns lươn2; lớn do đó giá thuê giâm xuống (ví

dụ vệ tinh INTELSAT 6 mans 80.000 kênh thoại với 2Íá thuê chi có 380$ một kênh một năm) Hiện nay người ta đã khai thác đến thế hệ vệ tinh INTELSAT 7 và 8

Trường Đ í ỉ Quòc gill I I à iXội - Khoa Còng Ngliệ

sẽ khòns the thu dược tín hiệu nữa Tron" trườn a liợp hát buộc phái truvèn tin di xa ¡mười ta cỏ thè dùnn phươna pháp nãnạ cao cột anten, truyền sóns phản xạ lánsỉ điện ly hoặc xàv dựna các Irạm chuyến tiếp Trên thực tế naười ta tháy rãníi cá ba phươnsi pháp trẽn đều có nhiều nhược điểm Việc nàníi độ cao của cột anten sặp rất nhiều khó khán về kinh tế và kỹ thuật mà hiệu quả thì khôna bao nhiêu Cự ly truyền thảna phụ thuộc vào độ cao anten thu - phát và được xác định sần đúns theo công thức:

D(km) = 4,43 ( ýhj(m) + vịụ (m))

với h| và h, là độ cao anten thu và phát, tính bằng m

(ví dụ cột anten có cao được đến i km thì nó cũns khống thể quảna bá đến 200 km trên mạt đát) Nếu truyền sóng phàn xạ tầng điện ly thì cần

có cỏns suất phát rất lớn và bị ảnh hườns rất mạnh của môi trường truyền dẫn nên chất lượng tuyến khòno cao Việc xây dựng các trạm chuyến tiếp siữa giữa hai trạm đầu cuối sẽ cái thiện được chất lượng tuyến, nâng cao độ tin cậy nhưng chi phí lắp dật các trạm trung chuyển lại quá cao và rất không thích hợp khi có nhu cầu mờ thêm tuyến mới Tóm lại để có thể truyền tin đi xa người ta mong muốn xây dựng được các anten rất cao nhưng lại phải ổn định và vững chắc Sự ra đời của vệ tinh chính là để thoà mãn nhu cầu đó, với vệ tinh người ta có thể truyền sóng đi rất xa và dỗ dàng thông tin trên toàn cầu hơn bất cứ một hệ thốniĩ nào khác Thông qua vệ tinh INTELSAT, lần đầu tiên hai trạm dối diện trên hai bờ Đại Tâv dươnơ đã liên lạc được với nhau Do khả năng phủ sóng rộng lớn cho nên vệ tinh rất thích hợp cho các phươns thức truyền tin đa điểm đến đa điểm, điếm đến da điếm (cho dịch vụ quàn« bá) hay đa điểm đến một điểm truns tâm HUB (cho dịch vụ thu thập số liệu)

Bèn cạnh khá ruina phủ sóng rộng lớn, băng tần rộng của các hệ thống

vệ tinh rất thích hợp với các dịch vụ quang bá hiện tại như truyền hình

ỉSgnyẻn Thị Thu Uuyén 4

số phàn lỊĨài cao (Hiiỉh Definition Tclevision-HDTV), phát, thanh sổ hav các dịch vụ ISDN thòng qua một mạng mạt đất hoặc trực tiếp đến thuê bao (Direct to home - DHT) thòng qua trạm VSAT Cuối cùng do

sử dụns phương tiện truyền dan qua giao diện võ tuvến cho nên hệ thốn» thông Ún vệ tinh là rát thích hợp cho khá năng cấu hình lại nếu cần thiết Các côns việc triển khai trạm mới, loại bỏ trạm cũ hoặc thay đổi tuyến đều có thể thực hiện dỗ dàng, nhanh chóng với chi phí thực hiện tối thiểu

Tuy nhiên vệ tinh cũng có những nhược điểm quan trọns đó là:

- Không hoàn toàn cố định

- Khoảng cách truvền dẫn xa nên suy hao lớn, ảnh hưởna của tạp

âm lớn

- Giá thành lắp đặt hệ thống rất cao, chi phí để phónơ vệ tinh tốn kém và vẫn còn tổn tại xác suất rủi ro

- Thời gian sử dụng hạn chế, khó bảo dưỡns, sửa chữa và nâng cấp

- Do đường đi của tín hiệu vô tuyến được truyền qua vệ tinh khá đài (tới 70.000 km đối với vệ tinh địa tĩnh) nên từ điểm phát đến điểm nhận sẽ có thời gian trễ đáng kể

Nạ;ười ta mong muốn vệ tinh có vai trò như là một cột anten cố định nhưng trong thực tế vệ tinh luôn luôn có sự chuyển động tương đối đối với mặt đất, dù là vệ tinh địa tĩnh thì vẫn có một sự dao độnơ nhỏ Điều này buộc trons hệ thống phải có các trạm điều khiển nhằm giữ vệ tinh ở một vị trí nhất định cho thôns; tin Thêm nữa do các vệ tinh bay trên qui đạo cách rất xa mặt đất cho nên việc truyền sóng giữa các trạm phải chịu suy hao lớn bị ánh hưởng của các yếu tố thòi tiết và phải đi qua nhiều loại môi trường khác nhau Để vẫn bảo đảm được chất lượng của tuvến nsười ta phải sừ dụns nhiều kỹ thuật bù và chống lỗi phức tạp

Trường f ) ỉ ỉ Quốc iỊĨu Hà Nội - Khoa Cóng Nghệ

Nguyễn ThịThii ỉỉuyén 5

Như ta đã biết, chi phí phóng vệ tinh là rát cao cho nên nói chung các vệ tinh chi có khả liana hạn chế Bù lại, các trạm mật đất phải có kha nânỵ làm việc tương dối mạnh nên các thiết bị phần lớn đều đát tiền, nhát là chi phí cho anten lớn (ví dụ một trạm cổng quốc tế có anten đường kính 18 m giá khoáng 5-7 triệu $)

Các vệ tinh bav tronơ khô nơ gian cách xa mặt đất, năng lượng chủ yếu dùng cho các động cơ phản lực điều khiển là các loại nhiên liệu lỏn2 hoặc rắn được vệ tinh man? theo trên boons Lượn» nhiên liệu dự trữ nàv không thể quá lớn vì khả năns của các tên lửa dẩy có hạn đổng thời nó sẽ làm cho kích thước vệ tinh tăng lên đáng kể do phải tăng thể tích thùns chứa Nếu như vệ tinh đã dùng hết lượng nhiên liệu này thì chúng ta khônẹ the điều khiển vệ tinh được tức là không còn duy trì được độ ổn định của tuyến Khi đó, vệ tinh coi như đã hỏn2 và vì thế tuổi thọ của vệ tinh nói chung thường thấp hơn các thiết bị thòng tin mặt đất khác Để làm cho vệ tinh hoạt động trở lại, nơiròi ta cần thu hồi lại vệ tinh để sửa chữa và tiếp thêm nhiên liệu Sau đó nơười ta phải phóng lại nó lẽn quĩ đạo Việc khôi phục các vệ tinh đã hết tuổi thọ này hốt sức tốn kém và phức tạp nèn trong thực tế, người ta thường dùng phương pháp thay thế bằng một vệ tinh hoàn toàn mới và vứt bỏ vệ tinh

- Truns; chuyển trên phạm vi toàn cầu các kênh thoại và các chương trình truyền hình Đày là sự đáp ứng cho các dịch vụ

cơ bán nhất đối với người sử dụn® Nó thu thập các luồng số

TrườnÍỊ D II Quốc iỊÌa ỉ hì Nội - Khoa Công Nghệ

XịỊityẻn ThỊThu Huvẽn 6

liệu và phàn phổi lới các mạn” mật đất với một tv lộ hợp lý

Ví dụ cho lớp dịch vụ này lù các hệ thống INTELSAT và EƯTELSAT Các trạm mặt dát của chúns thườn" dược tra nu

bị anten dirừng kính từ 15-30 rn

- Cun2 cấp kha năng đa dịch vụ thoại, số liệu cho nhữns nhóm người sứ dụnsỉ phân tách nhau về mặt địa lý Các nhóm sẽ chia

sè một trạm mặt đất và truy nhập đến nó thôns qua mạns Ví

dụ cho lớp dịch vụ này là các hệ thống vệ tinh TELECOM 1, SBS EUTELSAT 1, TELE-X và INTELSAT (cho mạng SBS) Các trạm mặt đất ờ đâv được trang bị anten đườns kính từ 3- 10m

- Kết nối các thiết bị đầu cuối với anten cỡ nhỏ hoặc siêu nhỏ (VSAT/USAT) nhằm để truyền dẫn các luồn? số liệu duns lượns thấp và quảng bá các chương trình truyền hình, truyền thanh số Thòng thường người dùng sẽ kết nối trực tiếp với trạm mặt đất có trans bị anten đườns kính từ 0,6 - 1,2 m.Các thuê bao di độn« cũng nằm trona lớp dịch vụ này Tiêu biểu cho loại hình này là các hệ thống EQUALTORIAL, INTELNET hoặc INTELSAT, v.v Các dịch vụ của VSAT hiện đã rất phoniỉ phú mà ta có thể kể đến như cấp và tự động quàn lý thẻ tín dụng, thu thập vù phùn tích số liệu, cung cấp dịch vụ thoại mật độ thưa, hội nghị truyền hình

1 3 2 X u h ư ó n g p h á t t r i ể n c ủ a k ỹ t h u ậ t t h ô n g t i n v ệ t i n h

Thế hệ vè tinh thương mại đầu tièn là INTELSAT 1 hay EARLY oBIRD ra đời vào năm 1965 Đến đầu những nãm 1970 các hệ thống vệ tinh đã có thể cung cấp các dịch vụ trao đổi thoại và truyền hình giữa hai lục địa Mới đầu vệ linh chi đáp ứns được cho các tuyến dll no lượng thấp, sau đó nhu cáu ¡lia tãns tốc độ cũng như số lượn? thôn? tin qua vệ

Sí Ịuyễn Thị Th u Uuvếii

tinh dã tluic day nhanh chóng việc hĩnh thánh các hộ ihốnii vệ linh da búp sóna và các kv ihuạt dùns; lại tần số cho sórm mang Kv thuật đáu tiên được đùn» cho hệ thónu vệ tinh là truvén dan analog, sửdụnụ còniỉ nghệ FDM/FM/FDMA Sau đó dế đáp ứim nhu cáu sia tũiiíĩ thòng tin nsười ta dã tiến đến các phirơns thức truyền dán tiên tiến hơn như lá SCPC/FM/FDMA (nám 1980) hav PSK/TDMA và PSK/CDMA Các phương thức về sau dựa trên truyền đản số qua vệ tinh để khai thác triệt

để mọi ưu điểm do kỹ thuật số đem lại Trong tươnẹ lai khi dung lượn« của tuyến vệ tinh cũn• *— 2 như số lươn» vê tinh trẽn toàn cầu tăng lên cựcV»- W •

lớn till việc sử đụna quá nhiều sóna mans sẽ làm cho mức can nhiễu ũiữa các hệ thống thôn« tin với nhau vượt quá mức cho phép

Để 2Ìài quyết bài toán này, những nhà chế tạo bát buộc phái nshĩ đến việc áp dụna các cỏns nshệ sau:

- Xử lý tại chỗ: Giải điểu chế tín hiệu nsay trên vệ tinh để xử lý, sau đó dieu chế lại rồi truvền tín hiệu đã xử lv này xuống các trạm mặt đất thu Đày là trường hợp cùa các vệ tinh tích cực

- Chuyển mạch trên vệ tinh: Hav còn sọi là đu truy nhập phàn chia theo thời aian bằn« chuyển mạch vệ tinh (SS-TDMA)

- Sử dụng mạng kết nối trực tiếp giữa cúc vệ tinh

- Sừ duns; các búp sóng quét hoặc búp sóng nhảy hước cho các cell trên mặt đất

- Sừ đụn2 tài n«11 vồn tần số cao với dái thông rất lớn (20/30 GHZ

và 40/50GHZ) Mặc dù các dải tẩn số nàv không nằm irons dải cửa sổ của sóng vô tuyến (300 MHz-10 GHz) nên sóns mang sẽ phái cliịu các tác dộns lớn của mỏi trườn2 truyền sóns và mưa

- Quáng bá trực tiếp từ vệ tinh tới nIIười sử dun« Khi đó thiết bị đầu cuối của nụười sử du nu sẽ được kết nối tháns với trạm mặt dâ't mà không phai thông qua mans

Nguy en Thị Thu Ị Ị uy én 8

- Hiện nay ứ các nước Châu Âu vù Mv, Nhật dang có rất nhiều chương trình phát triển thôn<í Ún vệ tinh nhàm tãriíĩ cường khá năn2 cùa vệ tinh vé dun<i lượng, công suất, tuổi thọ và plurơna thức truyền dẫn Điểu này cho phép kích cỡ và siá thành cùa trạm mặt đất ngày càna siảm đi và trở nên sần gũi hơn với người sử dụng Trons; một số trường hợp chúng chỉ đơn giản là các trạm thu đơn thuần TVRO mà phổ biến là các trạm thu truyền hình trực tiếp từ vệ tinh Đây là một sự tiến bộ rất có V nghĩa cho cơ hội phát triển của vệ tinh trong tương lai

CHƯƠNG 2: HỆ THÔNG VỆ TINH■ ■

2 1 G I Ớ I T H I Ệ U

Các vệ tinh thôns tin trên quĩ đạo địa tĩnh có ảnh hường to lứn đến đời sòns cùa chúnơ ta qua việc cuns cấp thốn2 tin háu như tức thời trên toàn cáu Khả năna độc đáo của các hệ thống thông tin sử dụng các vệ tinh địa tĩnh một ■ • ' • • •

CUỘC cách mạns trons việc thiết kế các hệ thống truyền hình và thôns tin

Vệ tinh thông tin (COMSAT) là một trạm vũ trụ có khả năng thu tín hiệu điện từ một trạm phát ở trên mặt đất, khuyếch đại tín hiệu này, thav đổi tán số sons mang và sau đổ phát lại tín hiệu đã khuyếch đại về mặt đất Đối với các vệ tinh thông tin, bộ phận thu tín hiệu khuyếch đại và phát lại là đơn gián nên chúns thường được gọi là bộ phát lại hoặc bộ chuvển tiếp Các vệ tinh thông tin thường được đặt ở quĩ đạo địa tĩnh, nó đảm báo cho vệ tinh có vị trí khôn« thay đổi so với trạm phát và thu trên mặt đất Vệ tinh thônạ tin thường được đặt ở vị trí sao cho chống lại được các dịch chuyến Dople Một trạm mặt đất và một vệ tinh có thể cunsỉ cấp vùn" phủ sóng cho 1/3 bề mặt trái dát Các vệ tinh nàv đã tạo ra cuộc cách ma ns thôn" tin bans điện, với vì vệ tinh thương mại đầu tiên được phóns năm 1965 Ngày nav có hơn 200 vệ tinh thông tin đan" hoạt dộng trên quĩ đạo xuns quanh trái đất và các vệ tinh mới cũng được phóng lên thường xuyên Các vệ tinh thông tin có thể truyền trực tiếp các sự kiện thể thao từ bất cứ nơi nào trên thế 2ĨỚĨ

Năm 1945 Arthus c.Clarke đưa ra ý tưởng; sử ciuníỊ vệ tinh địa tĩnh cho thống tin quán" bá Vào thời íĩian này truvền hình đans phát triển thương mại, Clarke cho rằns phát triển nó sẽ rẻ hơn và sử dụng các vệ tinh thòng tin tốt hơn việc xâv dựng các irạm phát và thu trên mặt đất, ở khoảng cách 30 - 50 dặm, rỏi khuvếch đại và phát lại tín hiệu Ông dã ciúnsỉ, nhưng ứ thời điểm dó thì kỹ

TrướỉiiỊ DI ỉ Ouòc ỊỊÌa lícì nội - Khoa CỏtiiỊ Nqìỉệ

thuật do chó'lạo vệ tinh va phónu chú nu vào quĩ đạo lại chưa cho phép va phái

c á c n ư ớ c d ã phát triền hệ thốnVI viba m ờ rộn2 đ ể phàn phối tín hiệu truvển hình

và truvền các tín hiệu thòna tin băns rộns khác Vệ tinh thòng tin dã phát triển

và ihav thế cho các hệ thôn Sỉ viba này

một máv phát Anten phát cùa vệ tinh thông tin rất linh độn«, nó có thể được thiết kế sao cho có thể phủ sóng một thành phố hoặc cả một nước Vệ tinh địa tĩnh phủ được vùng lớn nhất khoảng 1/3 trái đất Với các vệ tinh này nỏ dễ đáng thu tín hiệu ở một vị trí xa như một trang trại hoặc một hòn đảo cũns dẻ dàns như khi thu tín hiệu trona thành phố Thuận lợi khác của thông tin vệ tinh là siá thành khai thác vừa phải Vì vệ tinh thông thường có thời ai an sons

từ 8 - 12 năm nên tuy siá thành chế tạo và phóns vệ tinh là rất đát nhưng thông tin vệ tinh vẫn có thể cạnh tranh được với các hệ thốn« thôns tin mặt đất và cáp vượt dại châu

2.2 CẤU HÌNH C Ủ A HỆ THÔNG THÔ NG TIN VỆ TINH

Cấu hình của hệ thống thôns tin vệ tinh bao gồm hai phần:

- Phần không gian (Space Segment): Gồm qua vệ tinh trên quĩ đạo

và trạm TT&C Trong hệ thống thông tin vệ tinh thì vệ tinh thông tin thực chất là một trạm lặp lại tín hiệu của tuyến thòng tin siêu cao tần

đất Liên lạc với nhau qua vệ tinhHình 2.1 mô tá cấu trúc tổng quát của một hệ thống thông tin vệ tinh trong thực tế Nó có thế chia thành hai phán chính: Phán không gian và phán mặi đất

10

Trườn ¡ỉ Đ ỉ ỉ Oitốc iỊÌu ¡1(1 nòi - Khoa Còng NíỊltệ

iViỊttyèn T h ị Thu Huyên

Hình 2.1 Cấu trúc tổng quát của hệ thống thông tin vệ tinh

2.2.1 Phần không gian

Phần không gian là khái niệm để chỉ một phần của hệ thống bao gồm vệ tinh và tất cả các thiết bị trợ giúp cho hoạt động của nó như các trạm điều

xa/bámvệ tinh/điều khiển từ xa (TT&C) sẽ được thực hiện nhằm mục đích giữ cho vệ tinh cố định, đồng thời kiểm tra được các thông số hoạt động của nó như nhiệt độ anten, nguồn điện ãcquv, nhiên liệu v.v

Tuyến mà sónơ vô tuyến được phát từ các trạm mật đất đến anten thu của vệ tinh được gọi là tuyến lên (Uplink) Ngược lại tuyến mà vệ tinh phát cho các trạm mặt đất sẽ được gọi là tuyến xuống (Downlink) Để đánh giá chất

mans và công suất tạp âm ảnh hưởng đến sóng mans Tỷ số này trên toàn tuyến được quyết định bởi chất lượn ¡ỉ của cả tuyến lên và tuyến xuống, tương

Trường Đ I Ỉ Quốc gia H à n ộ i - Khoa Còng NtỊhệ

¡Xguyeii I hi ¡'¡IU íluvèn 12

i r n i i v ớ i c á c d ie u k iệ n t r u y ề n d ẫ n I 'iè n 1_ J o ‘4 ớ m ỏ i t u v è n ( n h ư m ò i ir ư ờ n í i, k iể u d ié u - v_x

chò kiòu mã hoá, phẩm chất cùa thiết bị thu )

Phán Pavloađ íiồm anten và các thiết bị điện tử phục vụ cho truyền dán Phần Platform chứa các thiết bị bào đàm cho hoạt động hoàn hảo cùa phần Payload

Ta thấy rằng trong quá trình hoạt động vệ tinh sẽ nhẹ dần đi do phải tiêu tốn nhiên liệu cho việc điều khiển Đế cho vệ tinh khôns bị mất trọns tâm thì quá

đó bao giờ nẹười ta cũn? thiết kế sao cho các thùna chứa nhiên liệu đối xứng nhau qua trọng tâm của vệ tinh Thực tế những thùns chứa nhiên liệu nằm

Trong hệ thống hiện nay, các vệ tinh chi giữ vai trò như là một trạm truns chuyển hoặc một trạm tiếp sức Vì vậy vệ tinh phải có chức năng khuyếch đại sóng man» từ tuyến lên sau đó truvền lại ở tuyến xuốna Thông thường đối với vệ tinh, côns suất tại đầu vào máy thu nằm trong khoảng từ

nằm tronII khoảng 10 đến 100vv Do đó hệ số khuếch đại cồng suất của vệ tinh

sẽ vào khoàng 100 - 130 CỈB Ngoài ra vệ tinh còn có chức năng điều chỉnh tần

số sons mans ở tuyến lên để phát lại ở tuyến xuống với tần số thấp hơn thôns qua các bộ đổi tần Trên vệ tinh, yêu cầu ngan cách tín hiệu ở đầu ra máy phát

và đáu vào máy thu phải đạt được 15(3 CỈB Hiện nay và trong tương lai gần các

vệ tinh tái sinh (Generative Satellite) ví dụ như trong hệ thống ACTS và ITALSAT sẽ có các chức năng như giải điều chế, xử lý tín hiệu băng gốc và tái diêu chế Như váy ta thấy rằns» việc biến đổi tần số của tuyến xuống so với tuyến lên vẫn được thay bằng cách diều chế một sóng mans mới ờ tuvến xuốns đối với hệ thốn" vệ tinh tái sinh

Độ tin cậy của phần khỏnsĩ gian là một nhàn tố quan trọng để đánh giá kha năng hoạt dộng của cá hệ thốn” Độ tin cậy của vệ linh phụ thuộc vào chất

TriiừttỉỊ t ) H (ìnốc ỊỊÍa l ỉ à Iiò i - Khoa C ò n " Nghệ

lượn LỊ tàt cá các Ihiẽi bị của nó Khi một vộ tinh bị hórm thì khỏim chi có imhĩa

la các thiết bị cùa nỏ bị hỏnn mà có the la do vè tinh đã hot tuổi tho Một hèw • • •

thỏim cao cấp, cứ một vệ tinh hoạt ctộng thì có một vệ tinh dự phò nu sán sàn« trẽn quì đạo và một vệ tinh dự phòns ớ dưới mật đất ('trong kho)

2.2.2 Phần m ặ t đ ấ t

thường chúng được nối với thiết bị đáu cuối của người sử dụng thông qua một

tiếp với thiết bị của nsười sừ đụng (VSAT) Các ES nối với người sử dụns qua

mội lúc Nsược lại, các trạm VSAT lại là các trạm nhỏ duns lượns thấp và chi phục vụ một số lượng hạn chế người dùns Hiện nay, các dịch vụ VSAT đang rất phổ biến và phát triển nên các trạm mặt đất VSAT được quan tâm nghiên cứu rất nhiều

Các trạm mặt đất có thê’ phân biệt theo kích cỡ của chúng Kích cỡ này phụ thuộc vào dung lượng truyền tái và kiểu tin tức của mỗi trạm (thoại, truyền hình hav số liệu) Các trạm lớn nhất.được trang bị anten dườns kính 30

m như các ES tiêu chuẩn A cùa hệ thống IN TELSAT thế hệ cũ Các trạm nhỏ nhái an ten chỉ có 0,6 171 ví dụ như các trạm thu truyền hình trực tiếp từ vệ tinh Nhìn chune do kỹ thuật ngày cans phát triển nên kích cỡ của các ES ngày

anten (tườnu kính 15 đến 18m

Các trạm mặt đát thường có cả máy phái và máy thu để trao đổi tin tức với vệ

các dịch vụ quang bá từ vệ tinh hoặc là trạm phàn phối các dịch vụ truyền hình

Trường Đ I Ị Quỏc ÍỊÌU Ỉ Ỉ Ì I n ò i - Kh o a CỏntỊ Nqhệ

¡Xguyen T h i i h n I I uy CIl 14

vä s o lieu uii khuch häng Hinh 2.2 cho ta thäy cäu trüc tong quan cüa mưt iram mät dat thưng dung

Ky thuat ve tram mät dat däc biet quan trong cho nhirng nhä khai thac

hc thong thưng tin ve tinh bưi vi nư gän lien vưi ho Cäc thưng so cüa tram mät dal, cäc tinh chat tin hieu vä cäc qua trinh xir ly tin hieu tai tram mät dat nhir

lä ghep kenh, gay meo truoc, giai meo truac, nen giän, mä hộ, chưng lưi,

phän tan cưng suät, bao mat v.v se dirac nưi a phan sau.

Tnct'mi' D U Qtidc gia H ä n ư i - Khoa Cưng iXghe

XiỊỉỉyr/i T h i T hu IIu y ê n

Hỉnh 2 2 : Cấu hình cụ th ể của một trạm mặt đất

Trườn\Ị ỉ )II Qitổc iỊÌa ỉ 1(1 n ộ i - Kh oa C ô ng :V"//Ị?

A''i'llvàn T h ị Thu tlu y é n 16

platform wUứa các thiết bị đãm bào cho hoạt độns hoàn háo của phần payload như là siá đỡ cuna cấp nsuổtì điện, điều khiến nhiệt độ, điểu khiển hướng và quĩ đạo, các thiết bị đẩy phản lực, thùng chứa nhiên liệu và các thiết bị TT&C

2.3.1 Tải thông tin (Payload)

Cấu trúc của phần tủi thông tin có thể được biểu diễn bằnơ sơ đổ tổng quan sau đàv (Hình 2.3)

Hình 2.3 S ơ đồ tổng quan của phần tải thông tin

Ta có thể thấy nó bao gồm: Bộ khuyếch đại tạp âm thấp (LN A ), bộ đổi tần (FC), bộ khuvếch đại tiền công suất (PPA), bộ chia H YBR ID , các bộ phát

2.3.1 ỉ Bộ khuyếch dại tạp âm thấp (LNA)

Bộ khuvếch đại tạp âm thấp được đặt ngay sau anten thu A Rx có nhiệm

vụ khuyếch đại biên độ điện áp tín hiệu thu với mức tạp âm ký sinh rất nhỏ Trong phần tính toán tuvến sau đày ta sẽ thấy ý nghĩa to lớn của bộ khuyếch dại lạp àm thấp dối với mức độ tạp àm của toàn bộ hệ thống L N A của vệ tinh

Trường Đ H Qtíổc ỊỊÙI H à n ộ i - K h o a C ò n g Nghệ

A"Itvéii T h i Thu Huyên 17

LNA của vệ tinh cũna khònn khác iỉì với so với bộ LN A cua các trạm mật dất

Tuy nhiên, trước khi nahièn cứu các chi tiết cụ the của phán tái thònạ tin ta hãy xem xét một số vấn đẻ liên quan đốn đưừns truyền cụ thể là vấn đẻ

nhiệt đường truyền đươc xác định bởi các yếu tố như EIRP và G/T của tram

hệ số tăna ích của anten và công suất máy phát cung cấp cho anten, đày là một thông số cơ bán biểu thị khả năng của một trạm phát.* . w » • ẴT

tons (T) nó biếu thị cho chất lượng độ nhạy trạm mặt đất

"r Tạp ám nhiệt đường lèn

C/N tại đầu vào máy thu vệ tinh

Chú na ta đã biết EIRP hay còn gọi là công suất phát xạ đẳng hướng tương

Nếu giả thiết tăng ích anten thu là Gs, tổn hao trong không gian tự do ở đường lên là L Ư, và biết E1RP của trạm mặt đất, thì có thể tính được mức tín hiệu ở dầu vào máy thu vệ tinh như sau:

i\{Ịuvẽn ỉ h i T hu ỉỉu y ê n 18

L r : Tổn hao troniĩ khỏnạ ỉỊÍan tư do cùa đườns lên

G.-: Hệ số tãnu ích của anten thu vẽ tinh ) ■ .

Từ đó la có thế suv ra:

l C /N ỉu = i eirrp /£ -■ L UỊ 4- / 077/, - / * / - /5 /

> Tạp ám nhiệt đường xuống

Các nguồn tạp âm nhiệt chủ yếu của đườrìii xuốns là tạp âm nhiệt do anten thu dược lừ bên ngoài và tạp âm nhiệt của máy thu ớ trạm mặt đất

Tạp âm nhiệt đườnẹ xuốns được tính bans tỷ số C/N tại đầu vào bộ giải điều

thu được tính theo biểu thức:

; c = ( ie ir p ỉsG E) í L D

L d: tổn hao trong không gian tự do của đường xuống (dB)

> Người ta cũng còn sử dụng tỷ số công suất sóng mang trên mật độ công

chuẩn hoá bằng độ rộng băng B để tạo ra mật độ công suất tạp âm hay

:rên nhiệt tạp âm cũng được sử dụníĩ để biểu thị mức tạp âm tươns đối Ta

¡ \ ¡’ liven Til ị Thít ỉI u y ê n 19

C/N Đàv là ham sò cùa đặc tính ihiôt bi sir đụrm trẽn đ ườn lĩ truvén siMVi

lạc vú'i nhau nhừ bộ khuvếch đại lặp tín hiệu đó là vệ tinh thì ta phái tính toán

(C/N0)l:, còn chất lượns đườns xuống được đánh giá bang tỷ số (C/N0)D, ánh hường của môi trường truyền sóns đến đườnạ; lèn và đường xuống rất khác

hiệu thu tuyến lên tại đầu vào anten vệ tinh, với tuyến xuốnẹ nó lại làm * 7 • v_2Ĩàm

độ tạp âm tuyến xuốns

2.3.1.2 Bộ đổi tần (FC) '

Sau khi đã được khuvếch đại vé biên độ, tín hiệu thu ở tuyến lên sẽ được

tinh Tán số sinh ra ớ đằng sau bộ trộn là tổ hợp giữa tán số tín hiệu ở tuyến lên F(| và tần số ngoại sai FLO Do tần số sóng mang của tuyến lên bao giờcũn« cao hơn tuyến xuống nên bọ đỏi tán của vệ tinh thuườns là bộ đổi tầnxuốnsỉ Nsuyên tác của việc trộn tần là dựa vào đặc tính truyền đạt khỏniĩ tuyến tính của các thiết bị bán dẫn ví dụ như một Diode, để sinh ra các tổ hợp tần số mới từ hai tần số ờ đầu vào mới từ hai tàn số ở đầu vào (Fy và F[0) Nguyên tắc này có thể giải thích một cách đơn giản như sau:

Giá sử tín hiệu đáu vào có dans: 1(0 = Acos[(27ĩFut) + 4>Ư]

Và tín hiệu ngoại sai có dạns: LO(t) = Bcos[(27ĩFLOt) + (ị)LOj

Sau khi qua bộ trộn tín hiệu đầu ra sẽ là 0 ( 0 = I(t)LO (t); Do đó

0 (f) = ABcos[(2icFl -t) + ộu]cos[(27ĩFLOt) + <ị)LO|

0 (t) = (AB/2){ C O S[271 (F(J + FL0)t + ¡Ị>Ư + ([)L0] +cos[2ĩi (FƯ - FL0)t + ệL, -

Ót ui ỉ

Trường /)// Oudc ÍỊÌIĨI I (Ị n ộ i - K h o a CỏĩtíỊ Nghệ

Như vậy tại đáu ra cùa bộ trộn la có tín hiệu 0 (t) với biên dộ Aß/2 bao ỉịổm hai thành phán lán số là Fr + F10 và F,: - FL0 Bans các bộ lọc ở đáu ra của bộ đổi tán ta có thể chọn lấv một thành phán tần số mà ta mong muốn Do đó ta

của tín hiệu sau khi qua bộ đổi tần sẽ khôns đổi và bằng (ị)L, nên nó không gây trở nsại cho các quá trình xử lv phía sau đặc biệt là giải điều chế dịch mức pha Tóm lại nếu giả sử thành phần tín hiệu đầu vào I(t) và thành phần tín hiệu ngoại sai LO(t) có dạng như trên thì tại đầu ra của bộ đổi tần ta sẽ có tín hiệu

0 (t) là:

Bộ khuvếch đại tiền công suất PPA có chức năng khuyếch đại sơ bộcôns suất tín hiệu đi ra từ bộ đổi tần tới mức đủ lớn để có thể phân chia cho các bộ phát đáp việc phân chia này được thực hiện nhờ bộ HYBRID gồm có n dầu ra tương ứng với số bộ phát đáp của vệ tinh Công suất tại mỗi đầu ra của

bộ HYBRID do đó nhỏ hơn rì lần so với công suất tại đầu vào của nó

phát đáp sử đụn«; thường nhỏ hơn (36 MHz) Các bộ phát dáp có vai trò như là các kênh chuyển tiếp thòng tin Chúng làm việc trong những dải tần riêng nhờ các bộ lọc thôntĩ dái BPF đặt ngay tại đầu vào Sau khi xử lý bù như bù trễ, bù tần số, tín hiệu tro nu mỗi bộ phát đáp sẽ được đưa qua bộ khuvếch đại công

¡X'juvén Thị '/'¡til tỉuyẽn 20

Trườn iỊ D I ỉ Oiiỏc gia ỉ ỉ (ì nội - Khoa Còng Nghệ

Aíịĩtyẽn r i ì ị Thu Huyên

xuoniz Bộ HPA cùa mỗi kênh vộ tinh ihườns là loại đòn TWTA hoặc SSPA

dụns cho bộ M U X mà trong đó có thể kể đến một thiết bị thông dụns là bộ CÍRCULARTOR

2.3.1.6 H ệ t h ố n g an ten vệ tinh

Để giảm trọns lượng vệ tinh, anten vệ tinh phải có kích thước nhỏ tới mức có thể được và phải đảm bảo dễ điều khiển, tuỳ theo chức năng vệ tinh có các loại anten như sau:

- Anten siêu cao dùng cho hệ thốn<í viễn thông qua vệ tinh nó thường có các loại phát tia bao trùm có độ rônsj tại mức suy hao 3 dB là 17° - 18° hiện dann áp dụns rộng rãi cho các vệ tinh quĩ đạo địa tĩnh Còn có loại búp sóns nhọn chừnẹ vài độ dùng để phủ sóng một vùns hẹp nhất định aọi là búp sóns đốm, loại này đảm bào mật độ cồng suất không thay đổi tro nu vùn lĩ bao phủ

Ngàv nay các anten trên vệ tinh dược trang bị các ma trận loa tiếp điện và kết câu bề mặt phản xạ anten để điều khiển hình dáng vùng phu sóng trẽn mặt đất

và côns, suất theo ý muốn

Trường Ỉ ) H Oudc iỊÌa Hcì nòi - Khoa Cõítg Nghệ

¡ \ gayen T h i T ilu Huyen

2.3.2.1 H e d o x a l b á m ve ti n h l d ié u k h i é n tic x a ( T T & C )

Phán he náv có chúc náng giám sát hieu suát cüa tal cá các phán he cüa ve tinh

va gü'i các dCr liéu do dirgc náy tai trung tüm diéu khién ve tinh nhir: Trang thái cúa ve tinh, dien áp dong dien, áp suát, trang thái cüa các bó phát dáp, nhién licu v.v Cung cap các tín hieu chuán cho các tram mát dát ES phuc vu cho muc dích bám ve tinh Thu các lenh diéu khien tír trung tám diéu khién ve tinh

de thirc hien các chúc náng khác nhau cüa ve tinh

2.3.2.2 H e c u n g c a p n á n g licang:

a) He thóng pin mar tren

Các tám pin mát tren Chuyén tír náng lugng ánh sáng mát trófi sang náng lugng dien dé nuói ve tinh Ve tinh dói hói so luang lón các tám pin mát trói

dé nuói các nguón dien can thiet Các tám pin mát trai duac dát a tren ve tinh sir dung hai phuang pháp khác nhau Ve tinh quay có tám pin mát trai luón có ánh sáng mát trói dirgc dát tren hinh tru quay de phán pin mát trai luón nhan dirgc ánh sáng khi ve tinh quay Phuang pháp náy có hieu quá vi mót so ít các tám pin mát trai luón luón duac mát trai chieu roi Nguón dien do các tám pin mát trai ó ve tinh loai quay phái duac chyén dói nha các vóng trugt tu thán ve tinh tai các thiet bi má la despun Ve tinh cán báng ba truc (khóng quay) su dung các tám pháng lón han hoác mót dáy các pin mát trai Các dáy náy duac dát sao cho tát cá các tám pin mát trói déu dong thai nhan dirgc ánh sáng Nhfmg tám pin mát trai náy thuóng duac goi la cánh buóm Khi phóng các cánh buóm náy dirgc gáp lai dé vira vói kích thiróc bén trong cüa thiet bi

phóng Các tám pin mát trói náy mó ra sau khi ve tinh da a tren qul dao dia

tinh va cán báng Các cánh buóm náy phái dirgc quay báng mó ta buác 24 gia

do íziCr các tám mát trai chí hiróns ve phía mát trai Các bó bien dói AC sang

DC dung de thay dói lói ra dien cüa các tám pin mát trói va dien áp cán thiet vói lói ra cüa ve tinh

Trudir.' t ) t l Oitóc gia l i a n ó i - Khoa C ó ug Nghe

i\'” uy<'it Tlii Thu ỊỊuvữiỉ 23

Vị trí cùa mật trời, trái đất và vệ linh địa tĩnh thay dổi liôn tục khi (rái Uất quay quanh trục cùa nó và quay mật trời M ột vệ tinh ellipse xuất hiện khi

vệ linh không thế cấp điện khi vệ tinh trẽn quĩ dạo ellipse; vệ tinh phải có

điện bàng các tấm pin mặt trời íĩiữa các elipse

Thời gian sống của vệ linh phụ thuộc một phần vào các tấm pin mặt trời

thì diện áp lối ra giảm khoảng 20% Thậm chí khồns đủ khả năn? để giữ cho các bộ phát đáp hoạt độn«: Tuy vậy thời aian sống của vệ tinh có thể được mớ rộng bằng cách tát một hoặc nhiều bộ phát đáp Thông tin vệ tinh thường được thay thế sau khoảng 1 0 -1 2 năm hoạt độns liên tục

Khi có hiện tượng che khuất vệ tinh, hệ thốn«, cưng cấp năns lượng sẽ tự động chuyển sang hệ thống ắcqui Hệ thống ắc qui phải có khả năng duy trì

hệ thống ắc qui sỗ nạp điện từ hệ thống pin mặt trời

2.3.23 Hệ điều khiển và xác định trạng thái của vệ tỉnh

Vệ tinh trên quĩ dạo phải được điều khiển trạng thái để cho:

- Hệ thốns anten phải luôn hướng về các vùna đã được xác định

số, độ chính xác về phương của anten luôn phải được cải thiện (0.05°)

- Các tấm pin mật trời phải luôn hướns về phía mặt trời

- Dunu sai quĩ đạo vệ tinh phai được duy trì trong khoảng ± 0,1°

theo hướng đông - tây, nam - bắc

theo kiểu quay và ổn định ba trục Cúc phươnií pháp trên đều được hỗ trự

Trường D ỉ ỉ Quốc ỊỊÌa U à n ô i - Khoa Còng ¡XtỊhệ

NtỊUvèn T hị T lu i ỉỉu y é n 24

bànii các bánh xe mỏ men, các bộ cám biến và các động cơ phàn lực hoạt

2.3.2.4 Hệ dẩy

Vệ tinh thôns lin được phóng vào quĩ đạo địa tĩnh sử đụns thiết bị phóns unmanned có thể mở rộng hoặc tàu con thoi nhân tạo có thể tái sử

để đạt vệ tinh vào quĩ đạo địa tĩnh Thiết bị phóng điều khiển tự động thườns đặt vệ tinh trực tiếp vào quĩ đạo ellipse (còn gọi là quĩ đạo chuyển đổi) Điểm

xa nhất của quĩ đạo ellipse gọi là điểm cực viễn, điểm sần nhất gọi là điểm cực cận Vệ tinh được thiết kế để nâng điểm cực viễn có cùníĩ độ cao với quĩ đạo địa tĩnh M ột tên lửa đặc biệt đùne để chuyển đổi vệ tinh từ điểm cực viễn vào

9

quĩ đạo địa tĩnh Tên lửa dùns; để chuyển đổi vệ tinh được gọi là động cơ cực viễn hay động cơ kích cực viễn Quĩ đạo ellipse có một góc nghiêng tương ứng với vĩ độ của trạm phóns V í dụ vệ tinh được phóng từ Cape Canavral, Florida,

có một quĩ đạo ellipse với mặt phẳng nghiêng xấp xỉ 27,5° Động cơ cực viễn cũng phải cung cấp một gia tốc để góc nghiêng tới 0 khi mà mặt phẳng quĩ đạo của vệ tinh được thay đổi từ ellipse tới địa tĩnh

Tàu con thoi không gian đưa ra phương pháp thay thế để phóng vệ tinh viễn thông Một hoặc nhiều vệ tinh siữ ở payload của tàu con thoi khôns gian Tàu con thoi khônơ gian nhân tạo được phóng vào quĩ đạo tròn xấp xỉ 200 dậm trên bề mặt trái đất Vệ tinh được phóng bằng tàu con thoi không gian rẻ hơn thiết bị phóns điều khiển tự động vì tàu con thoi không gian có thể tái sử duns; đươc tàu con thoi cũn? đươc cỉiing để lôi các vệ tinh từ khôn«; Sịian xuốnẹ măt đất để sửa chữa

2.3.2.5 Hệ điểu khiển nhiệt

Phân hệ điều khiển nhiệt độ của vệ tinh có nhiệm vụ duy trì nhiệt độ của các thiết bị irons: vệ tinh trong một giới hạn cho phép nhằm đam bao vệ tinh có

Trường D U Onòc gia Ị h ì n ộ i - Kh oa C ô n g Nghệ

í\[Ịti\'ètì iìii lìm lỉưxưn 25

the hoại dộna tốt tron2 quá trinh son” Ví dụ như: Các ihiét bị diện từ cán phái duv trì troni» khoàns 0()c đến 40° C; ác qui tron a kho à nu 1.0° c cỉến 30° c

Các bộ khuvếch đại cò nu suất cao được gán trực tiếp trên các tấm bức

xa nhiệt Bộ khuyếch đại cỏ nu suất thấp được gan trên bể mặt khỏns bị mặt

phán xạ lò toà nhiệt và hệ thốns làm lạnh bans amôniắc để điều hoà nhiệt độ của các thiết bị trong vệ tinh

2.4.1 Khái niệm

soniỉ đế phục vụ cho nhiều tuyến khác nhau Tuy nhiên khi nhu cầu thông tin ngày càng tăng lèn thì người ta phải nghĩ đến việc chia sẻ khả nănghoạt động của mỗi bộ Transponder cho nhiều trạm mặt đất trong trạm Khi đó ta có thể thiết lập nhiều tuyến nối trạm với trạm đổna thời trên một kênh vệ tinh Để thực hiện được điều này người la phải sử dụng đến các kỹ thuật đa truy nhập

Các kv thuật đa truv nhập ỉà các quá trình xử lý trong thời gian thực và kha nănu truy nhập của một hệ thống tuỳ'thuộc vào số trạm mặt đất có trong

hệ ihôĩm đó Đối với một vệ tinh đơn búp S Ó I12;, có 3 kỹ thuật đa truy nhập cơ bàn sau:

> Đa truy nhập phàn chia theo tần số FD M A

> Đa truv nhập phàn chia theo thời gian TDMA

> Đa frfiy nhập phân chia theo mã CDM A

Mỏi phươns pháp trên có nhữns đặc điểm riêng và độ phức tạp khác nhau Tro nạ trường hợp vệ tinh là loại đa búp sóníC M ulti Beam) thì có thêm

TrườnỈỊ Đ ỉ ỉ Onổc gia 11(1 nôi - Khoa Công Nghệ

;V.t;u\'èn T h ị Thu ĩ ỉ u y i h i 26

phironiz pluíp da iruv cập phàn chia theo búp sónu ih ô n í qua chuvến mạch vệ

dược

Người ta có thể phối hợp ba kỹ thuật đa truy nhập cơ bản trên trons một

họp rất hiệu quả Có thể kể đến một số kiểu thons dụng như là FD/CDM A,

FD/CDMA, F D /T D M A và TD/CD M A

Cườns độ lưu lượng A của một tuyến được định nghĩa là:

A = R c a l l T c a l l

Trong đó: RCAl L là số cuộc gọi truns bình trên mỗi đơn vị thời gian

đó và si ả sử các cuôc goi bị ùn tắc không được lưu trữ trong bô nhớ thì công

thức Erlang thể hiện khả năng phục vụ của hệ thống cho n kênh(n < C) là:

E „(A )= (A 7 n !)/ X (A V k!)

k *0Duniỉ lượng toàn phần giữa mỗi cặp trạm của mạng là một hàm của yêu cầu với khù năng ùn tắc từ 0.5-rl% Dung lượn«: trên tuyến X tới Y được ký

hiệu ỉà CXY tính ra số kênh hoặc số bit/s.Trong thông tin vệ tinh có hai phương tlìức truyền cơ bản :

di hoặc về) giữa hai trạm bất kv trong mang ta có một sóng mang riêng Nếu

Trường Đ U Quốc g ia H ả n ộ i - Khoa Cõng Nghệ

t\'ự II ven Tilt Thu IỊ uyên 27

Si') irạm iron li inuniz la N thì sỏ’ sónụ mang phái có la N (N -I) Dung lượnsỉcúa

mỗi sóníí manu chi bủn I I dunẹ lượn l i luyến sử duns sónti man'2 đó (CXY)

trong mạng chi có một sons mans duy nhát dù cho nó đổng thời phát tin tới

số trạm (N) Duns lượng của mỗi sóng mang bans tons dung lượng tất cà các

từ tram còn lại tronạ mans hay:

/■=/

Cxy« Q Điều này tuy làm cho công suất sóng mang nhỏ hơn và khôns cần

có quá trình xừ lý tách lưu lượns ở trạm thu nhưng phương thức này lại sử

dụna quá nhiều sóng mang sây nên sự lãng phí dải phổ cũng như nhũttíí khó

khăn cho việc quản lý tuyến của vệ tinh Hơn nữa khi sử dụns quá nhiểu sóns

mans thì mức độ can nhiễu giữa chúng tăn2 ỉên làm cho các tuyến gây nên

nhiều lỗi hơn Trên thực tế việc lựa chọn một trons hai phương pháp phụ thuộc

vào các điều kiện cụ thể như số ỉượng kênh, độ rộng băng tần, phươna pháp

truy cập tính kinh tế, nhưng nhìn chung phương thức một sóng mans cho

một trạm phát văn được dùna rộns rãi hơn ■

2.4.3 Kỹ th u ậ t đa tr u y cập n h ậ p p h â n c h ia th e o tầ n s ố FD M A

(a) Nguyê/Ì lý F D M A

Trong các hệ thống chuyển tiếp, vệ tinh chi có vai trò như những bộ

lập của các hệ ihốns mặt đất Với phương thức F D M A (Frequency Division

Multiple Access) băntĩ tán của mỗi kênh vệ tinh (Tranponder) được chia thành

các dái con M ỗi dải con được chí định cho sóng mang được phát bởi một trạm

mặt đất Các trạm mặt đất trong mạng như vậy đều có một dải tần hoạt động

Trườn** Đ I ỉ Qĩiôc gia H ả n ộ i - K h o a C ỏ tỉiỊ N g ỉỉệ

i\íỊUVưn T h i ỉ ' lut H u yê n 28

riõnụ va lam liên lục tron lĩ suốt quá trình iruvcn tin Do các trạm làm việc đồn ũ thời và các thiết bị khỏns lý tưởníí cho nên ruiười ta phái dò nhữnu khoán II báo vè giữa những dái tần con nàv Máy ihu ở tuyến xuốn2 sẽ dùng các bộ lọc thỏnn dài (BPF) dế lựa chọn sóníĩ manu gửi cho nó nằm trong một dái tán dã được quv định cụ thể

Kết hợp với các kỹ thuật điéu chế và các kỹ thuật ghép kênh ta có các

mô hình truyền dẫn thons dụng nhất cho F D M A như Hình 2.4

FDM đối với các tín hiệu băng sốc analogue, rồi điều tần (FM) tín hiệu ghép

này, sau đó truy nhập tới vệ tinh bàng một tần số riêng cùng lúc với các trạm khác trône mạng Mô hình này sử đung phươnẹ thức một sóng mans cho một trạm phát Sóng mang sẽ đồng thời mang tin của các User tới tất cả các trạm

Trường Đ ỉ ỉ Oitổc iỊÌa H à n ộ i - K lio a C õ iiíỊ Nghệ

i\'ỉỊuyẽu I h i T h u l ỉ u vén 29

Mò hình SCPC/FDMA có thè dùrm cho củ tín hiệu tươnu tự và tin hiệu

số Trong mò hình này, mỏi sóng maniỊ chi mang một kênh thòng tin của một nszirâi sử duns nhất định (SCPC - Single Channel Per Carrer) nòn ta thấy rằngv_ • '— w »—

mang ở đây chi phục vụ cho một User nên nó thích hợp với các dịch vụ đòi hỏi băns rộns nhất là dịch vụ truyền hình và truyền thanh quàns bá qua vệ tinh

(b) ưu nhược điểm của phương thức F D M A

Trong phương pháp FD M A trên một Transponder của vệ tinh có nhiều sóns inans với tần số khác nhau Khi nhiều tần số cùna đi qua bộ khuyếch đại cỏnìỉ suất của mỗi Transponder thì đặc tính truvền đạt phi tuyến của nó sẽ sinh

Rõ rà nụ là mức đô ánh hưởng cùa chúng sẽ lớn khi N tăng lên tức là số sóng

Giữa các sóng mang cạnh nhau trên một Transponđer luôn phải có các khoảng bảo vệ (Guard Banđ) để tránh can nhiễu lẫn nhau Tuy nhiên vì tính kinh tế, các dái báo vệ này khôns thể quá rộng và vì vậy ta phải chấp nhận một

sự can nhiễu hay xuyên âm ừ một mức độ nào đó Sự xuyên âm (Cross Talk) cũnsi sẽ lớn khi N tăn« lên tức là khoảng bảo vệ hẹp lại Lợi ích của người khai thác tuyến phụ thuộc vào số khách hàng sử dụng tuyến của mình nhưng đối

Trường D ỉ ỉ Qtidc g iti ¡1(1 n ộ i - K h o a C óng iV"/ỉt;

x ^ u y c n I 'll ị T hu ỉ ỉ uyên 30

với FDM A, người ta khỏnií thô tăng sò' kênh lèn quá nhiổu vì khi đó chất lưttníi phục vụ sẽ iỊĨám đi rất nhanh

Trẽn nhữnsi tuyến bắt buộc có s ố sóne Iĩian ii tru v nhập lớ n thì người ỉa

phải điều khiển cônạ suất phát cùa các sóng mans xấp xỉ bans nhau để không

sinh ra một thành phần xuyên điều chế vượt trội ở một vị trí nào đó gày ra một

sự can nhiễu níĩhiêm trọn" đến sóng mang mà nó đè vào Quá trình điều khiển này phải thực hiện trong thời sian thực và phù hợp với môi trường truyền dẫn của từng tuyến

Cuối cùng phương pháp FD M A còn thiếu tính linh hoạt khi phải cấu hình lại ví dụ như khi thay đổi tần số của một sons mans hoặc duns lượns của

nỏ, nsười ta phủi thiết lập lại một sự phân bổ tần số mới cho tất cả các trạm khác trong mạn «ỉ

Tuy có nhữnơ nhược điểm trên nhưníỉ các hệ thống FD M A hiện nay vần clans sử dụn« rộng rãi nhất vì tính đơn giàn, thiết bị rẻ, không cần có sự đồng1 - v _ w c ’ 7 ^

bộ như ở T D M A hay CDM A FD M A là phương pháp truy nhập ra đời sớm nhài và đã được phát triển trong một thời gian dài V ì vậy để chuyển từ FD M A sans các phương thức truy nhập khác, hệ thốns đòi hỏi phải có một sự thay thế

2.4.4 K ỹ th u ậ t đa tr u y n h ậ p phân c h ia th e o th ờ i gia n T D M A

(a) Nguyên lý

Phương pháp T D M A (Time Division M ultiple Access) chỉ có thể áp

Mỗi burst dược chèn vào một vị trí cố định trong một khung thời gian (Frame)

Trườn ÍỊ Đ ỉ ì O iỉổc iỊÌtì IJà n ộ i - Kh oa Cóng Nghệ

ỈSỈíỊuvèn ỉ lù Thu H u y ê n

mans ờ mội thời điểm Tro ne trườn Lĩ hợp dims phương ihức một sónạ mang cho mỏi tuvến ta có N ( N - l) sóniỉ mang nên số burst Irons 1 khuna cũna phải

là N' (N -l) Iro n s trường hợp một sóns maim cho mỗi trạm phát ta có số sóng mans là N nên số lượng burst irons khung cũns là N (N là số trạm ES của hệ thốns) Khi số burst trons khuníz tăng lên thì hiệu suất của kênh vệ tinh siảmV— ' W W W • • W

xuống và quá trình đồng bộ cũng phức tạp hơn V i vậy phương thức một sóngmang cho mỗi trạm phát hay đươc dùn« cho T D M A - í * * ơ

(b) Sự tạo Biirsr

Hỉnh 2.5 Quá trình tạo Burst ờ trạm mặt đất

Hình 2.5 cho thấy quá trình tạo ra các burst ỏ' mỗi trạm mặt đất

Trạm mặt đất (ES) thu nhận tin tức dưới dạng một dòng số từ mạng hoặc từ người sử cỉụnơ rồi đưa vào bộ nhớ đệm để chờ đến thời gian truyền burst của mình trons khung Khi bộ định thời T D M A cho biết khoáng thời iiian nàv đến nội duns của bộ nhớ đệm sẽ được thèm một phần mào đầu (Preamble) rồi được điều chế QPSK lên sóng mang và đổi tần, sau đó ghép vào irons một kho thời gian của khuns Phần mào đáu giúp cho các trạm thu tách được các đòn« số liệu của nhiều người sử dụng cùng ghcp trong một burst

Trường F)ỈI Ouổc gia ỉ ỉ i i n ộ i - Kh oa C ủ iiiỊ Nghệ

Do dòns số liệu từ người sử dur 12 dưa den ES là lien tue troniỊ khi ES dưa lên vç tinh rời rạc theo chu kỳ khuns non đế đàm bào số liệu khỏ nu bị ùn lắc tron« buffer thì ta phui có:

RTỵ = RbT, =>R = Rb ( ĩ f / Tữ) [ b i t H s I

Tron« đó R là tốc độ của kênh cũng là tốc độ điêu chê của ES và RB là tốc của luồng số liệu đầu vào V ì Tp > TB cho nên R > RB tức là đối với TDM A các trạm mặt đất phải có động tác nâng cao tốc độ của dòng số liệu ban đầu lên

(Sub - Burst) chứa tin của từng người sử dụng (User) mà vị trí xác định của chúng được lưu trong phần mào đấu của burst Phần mào đầu của bust có rất nhiều chức năng mà ta sẽ nói tới ờ phần cấu trúc khung

(c) Cấu trúc khung TDMA

2m> V1205432 mức)

Carrier mJ hit liming riTiv/.^rv

Hình 2.6 Cáu trúc khung TDMA (Chuẩn INTELSAT EUTELSAT)

Trướng f í l ! Quốc ¡’¡il ỉ ỉ à n ộ i - Khoa CòitiỊ Nghệ

A'ĩỊuyẻn T l ỉị Thu H uvéỉĩ 5 J

Trẽn đày la minh hoạ vé rnộl khung 2ms T D M A chuán INTELSAT.Khuns được hình thành trên vệ tinh bao íĩồm tất cá các burst CÍUÌ các trạm mật đất dược đật cạnh nhau Giữa chúns có một khoáns thời sian báo vê (Guard Time - GT) đế phòns chốniĩ sự can nhiễu có thể có Chiều dài cùa khung là 2ms GT chiếm 64 mức sóng mans hay 128 bit tương ứna với lnhimg Trons một khuns tồn tại hai loại burst

(n nguyên dương)

576 bit và không có trường tin Trạm tham chiếu không có nhiệm vụ truyền tin mà chỉ siữ vai trò tạo đổns bộ cho hệ thốns bằng việc chuyển vào khuns burst tham chiếu của nó Tất cả các trạm chuyển tin phải đổng bộ hoạt động của minh đối với trạm tham chiếu bằng cách đặt burst của chúns sau một thời gian trễ (delay) nhất định đối với burst tham chiếu Do vai trò rất quan trọng của burst tham chiếu đối với sự hoạt động chính xác của toàn hệ thống TD M A cho nên tronạ môt khunơ neười ta thườns đặt hai burst tham chiếu lấy từ hai trạm tham chiếu irons mang đã được đồng bộ tươn? hỗ với nhau.Khung T D M A có tốc độ là 120.832 Mb/s và kiểu điều chế là QPSK trorm hình 1.10 RBt và RB: là hai burst tham chiếu của một khung, TBX là burst man" tin từ trạm X

Phần mào đầu của burst có nhiều đoạn tin nhỏ có vai trò như sau:

> C arrier and Bit Timin» ơồm 17Ố mức (352 bit) cỉùn<z cho việc khôi

phục sórm mans chuẩn trong phươns pháp giài điều chế Coherent

Trườn ¡ĩ f ì ỉ ỉ Ouổc iỊÌa H ả nội - K lioa Còng Nghệ

Nguyen T h ị Thu ỊỊu y é n 34

QPSK ờ phía thu vâ dùĩìíi để đóníĩ bộ tlồnụ hổ cùa irạm mật dat (bộ

TD M A Timinư)

đầu của các phan số liệu (data) tron a burst Nó dài 24 mức hay 48 hit

> SC: kênh phục vụ (Service Channel) dài 8 mức (16 bit) mans các thòng tin về báo hiệu và quản lý mạng

> CDC: kênh điều khiển trễ (Control and Delay Channel) dài 8 mức ( 16 bit) mang các thông tin trễ (D n) dùng cho việc đồng bộ các burst tin

> TTY, VOW : các kênh điện báo và điện thoại dài tổng công 72mức7 . . c? . c*hay 144 bit dành riêng cho thông tin giữa các ES trong mạng (kênh nghiệp vụ)

(đ) Quá [rình thu các Burst và đồng bộ

Tại phía thu, quá trình thu nhận các burst thông qua một chu trình ngược với quá trình sinh burst Toàn bộ khung được gửi đến mọi trạm mặt đất Sau khi hạ tần và giải điều chế QPSK được một dòng số liệu tốc độ R, bộ định thời T D M A ờ phía thu sẽ tìm các từ khoá (unique word) đánh dấu chỗ bắt đáu các Sub burst tin tức gửi đến cho nó nằm rải rác ở trong khung Nhờ thôns tin trong từ khoá, bộ định thời cho phép bộ nhớ đệm (Buffer) thu nhặt ra các phần tin tức thuộc về nó nằm trong chuỗi số liệu R và lun lại Sau đó bộ nhớ đệm sẽ

với ES đó cũns nhờ sự điều khiển của bộ định thời Một vấn đề quan trọng là máy thu phải khôns được nhận nhầm và cũnsĩ không được nhận sót từ khoá nên ta phải tìm một độ dài từ khoá và nsưỡng tương quan của bộ Detector thích hợp

Trường t ì ỉ ĩ Quốc gia lỉc t n ộ i - Kh o a C òng Nghệ