Truyền thông di động tổng quan hệ thống thông tin vệ tinh

Thông tin vệ tinh đã được ứng dụng vào nước ta bắt đầu từ những năm 80 mở ra một sự phát triển mới của viễn thông Việt Nam. Thông tin vệ tinh có nhiều ưu điểm nổi bật là vùng phủ sóng rất rộng, triển khai lắp đặt nhanh và khả năng cung cấp dịch vụ đa dạng cho người dụng. Nó là phương tiện hữu hiệu nhất để kết nối thông tin liên lạc với các vùng xa xôi, biên giới, hải đảo nơi mà mạng cố định không thể với tới được, đồng thời thông tin vệ tinh nhờ ưu điểm triển khai lắp đặt và thiết lập liên lạc nhanh sẽ là phương tiện liên lạc cơ động giúp ứng cứu kịp thời trong các tình huống khẩn cấp. Trước khi có vệ tinh VINASAT1, Việt Nam đã thuê vệ tinh của các nước khu vực để phục vụ cho nhu cầu thông tin. Vệ tinh VINASAT1 đưa vào sử dụng áp ứng ngày càng tăng về trao đổi thông tin, giảm chi phí thuê vệ tinh của các nước,…mở ra một bước tiến mới cho viễn thông Việt Nam

MỤC LỤC

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT v

DANH MỤC BẢNG BIỂU vii

DANH MỤC HÌNH VẼ viii

LỜI NÓI ĐẦU xi

Chương 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG VỆ THÔNG TIN VỆ TINH 1

1.1 Giới thiệu tổng quan về thông tin vệ tinh 1

1.1.1 Lịch sử phát triển hệ thống thông tin vệ tinh quốc tế 1

1.1.2 Cấu trúc tổng thể và nguyên lý thông tin vệ tinh 1

1.1.3 Đặc điểm của thông tin vệ tinh 2

1.1.3.1 Vệ tinh và các dạng quỹ đạo của vệ tinh 2

1.1.3.2 Phân chia dải tần cho thông tin vệ tinh 5

1.1.3.3 Ưu, nhược điểm của thông tin liên lạc qua vệ tinh: 6

1.2 Kỹ thuật thông tin vệ tinh 8

1.2.1 Phóng vệ tinh, định vị và duy trì vệ tinh trên quỹ đạo 8

1.2.1.1 Phóng vệ tinh lên quỹ đạo địa tĩnh 8

1.2.1.2 Duy trì vệ tinh trên quỹ đạo 9

1.2.2 Cấu hình tổng quát của một hệ thống thông tin vệ tinh 9

1.2.2.1 Cấu trúc cơ bản của vệ tinh địa tĩnh 10

1.2.2.2 Trạm điều khiển vệ tinh 11

1.2.2.3 Các trạm mặt đất 12

1.3 Phương pháp đa truy nhập 13

1.3.1 Đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA) 13

1.3.2 Đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA) 14

1.3.3 Đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA) 15

1.4 Các loại dịch vụ trong thông tin vệ tinh 16

1.5 Kết luận chương 18

Chương 2: VỆ TINH ĐỊA TĨNH VÀ KỸ THUẬT TRẠM MẶT ĐẤT 19

2.1 Giới thiệu chung 19

2.1.1 Quá trình phát triển của thông tin vệ tinh địa tĩnh 19

2.1.2 Hoạt động của thông tin vệ tinh địa tĩnh 20

2.2 Vệ tinh thông tin địa tĩnh 22

2.2.1 Cấu trúc hệ thống thông tin vệ tinh địa tĩnh 22

2.2.1.1 Phân đoạn không gian 22

2.2.1.2 Phân đoạn mặt đất 26

2.2.1.3 Hệ thống cung cấp nguồn và điều hoà nhiệt 27

2.3 Kỹ thuật trạm mặt đất 27

2.3.1 Hệ thống anten 27

2.3.1.1 Đặc tính, yêu cầu của anten trạm mặt đất 27

2.3.1.2 Phân loại anten 28

2.3.1.3 Các thông số của anten parabol đối xứng 29

2.3.2 Dải thông 33

2.3.3 Kỹ thuật trong truyền dẫn 34

2.3.3.1 Kỹ thuật đồng bộ: 34

2.3.3.2 Sửa lỗi mã: 34

2.3.4 Các thiết bị truyền dẫn số trên mặt đất 35

2.3.4.1 Số hoá tín hiệu tương tự 35

2.3.4.2 Thiết bị bảo mật (Encryption) 36

2.3.4.3 Bộ mã hoá kênh (Channel Encoder) 38

2.3.5 Kỹ thuật điều chế 38

2.4 Các thông số cơ bản trên tuyến truyền thông tin 39

2.4.1 Các mức công suất 39

2.4.1.1 Công suất bức xạ đẳng hướng tương đương 39

2.4.1.2 Công suất thu 40

2.4.2 Các loại suy hao 41

2.4.2.2 Suy hao do anten thu phát lệch nhau (Hình 2.23) 41

2.4.2.3 Suy hao do không thu đúng phân cực 42

2.4.2.4 Suy hao do khí quyển 42

2.4.2.5 Suy hao do mưa và mây 42

2.4.3 Nhiễu trên tuyến thông tin 46

2.4.3.1 Các nguồn nhiễu 46

2.4.3.2 Mật độ phổ công suất tạp nhiễu N0 46

2.4.3.3 Nhiễu nhiệt của một nguồn nhiễu 47

2.4.3.4 Hệ số nhiễu 47

2.3.3.5 Nhiệt độ nhiễu của bộ suy hao Te 48

2.4.3.6 Nhiệt độ nhiễu của phần tử tích cực 48

2.4.3.8 Nhiễu nhiệt của anten TA 50

2.4.3.9 Nhiễu nhiệt ở hệ thống thu 51

2.4.3.10 Tỉ lệ tín hiệu trên nhiễu tại đầu vào decoder 51

2.4.3.11 Tỉ số năng lượng của Bit/mật độ tạp âm Eb/N0 (Energy of Noise Density Ratio) 52

2.5 Kết luận chương 54

Chưong 3: HỆ THỐNG VỆ TINH VIỄN THÔNG VINASAT 55

3.1 Tình hình chung 55

3.1.1 Sự phát triển hệ thống thông tin vệ tinh thế giới 55

3.1.2 Sự phát triển hệ thống thông tinh vệ Việt Nam 55

3.1.3 Thông tin về vệ tinh viễn thông VINASAT-1 55

3.2 Vệ tinh viễn thông VINSAT 56

3.2.1 Tầm quan trọng của vệ tinh VINASAT-1 56

3.2.1.1 Nhà nước 56

3.2.1.2 Doanh nghiệp 57

3.2.1.3 Người dân 58

3.3 Quá trình vận hành và khai thác dịch thông qua VINASAT-1 61

3.3.1 Trạm điều khiển vệ tinh VINASAT-1 61

3.3.2 Khai thác dịch vụ vệ tinh VINASAT-1 61

3.4 Các dịch vụ từ vệ tinh VINASAT-1 62

3.4.1 VINASAT-1 cho Bộ quốc phòng và công an 62

3.4.1.1 Lựa chọn băng tần 63

3.4.1.2 Các dịch vụ của hệ thống thông tin vệ tinh quân sự 64

3.4.2 VINASAT-1 cho các nhà cung cấp dịch vụ 65

3.4.2.1 Phát thanh lưu động 65

3.4.2.2 Truyền hình qua vệ tinh 66

3.4.2.3 Dịch vụ Internet băng rộng 68

3.4.2.3 Truyền hình hội nghi 70

3.4.2.4.Thông tin di động qua vệ tinh 70

3.4.2.5 VoIP và PSTN 71

3.4.2.7 Dịch vụ phát hình MPEG-4 72

3.4.2.8 Đào tại từ xa 73

3.4.2.9 Ứng dụng vệ tinh trong khí tượng thủy văn 73

3.5 Dự án VINASAT-2 74

3.6 Kết luận chương 75

TÀI LIỆU THAM KHẢO 76

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

ARQ Automatic Repeat Repuest Phát lại tự động

CDMA Code Division Multiple

ETRP Equivalent Isotropic Radiated

FDMA Frequency Division Multiple

GPS Global Positioning System Hệ thống vệ tinh toàn cầu

HDTV High Definition Television Truyền hình số độ phân giải cao

IPS Intrusion prevention system Chống xâm nhập hệ thống

ISDN Integrated services Digital

Telecommunication Union Liên đoàn viễn thông quốc tế

PSDN Public switched data network Mạng chuyển mạch số công cộng

SES Satellite Earth Station Thu vệ tinh từ trạm mặt đất

TDMA Time Division Multiple

Access

Đa nhập cập phân chia theo thời gian

TV Television Truyền hình

UPS Uninterupted Power Supply Nguồn điện không bao giờ ngắt

VoIP Voice over Internet Protocol Đàm thoại qua internet

VSAT Very Small Aperture

VSWR Voltage Standing Wave Radio Hệ số sóng đứng

DANH MỤC BẢNG BIỂU

2.1 Độ lợi anten với các đường kính khác nhau ở những băng tần

2.2 Lượng mưa tương ứng với tổng thời gian suy giảm tín hiệu do

DANH MỤC HÌNH VẼ

1.10 Băng thông sóng mang truyền dẫn theo kỹ thuật truy nhập

2.9 Quan hệ giữa mức năng lượng ở rìa chảo và tỉ số f/D 30

2.11 Mô tả quan hệ G, D và  3dB của anten parabol đối xứng 33

2.12 Các thành phần của một chuỗi truyền dẫn số qua vệ tinh 35

2.20 Lượng mưa trung bình (mm/h) của các vùng trên thế giới 43

2.22 Lượng mưa R0.01 (mm/h) vượt quá 0.01% của một năm trung

2.23 Toán đồ xác định suy hao trên một đơn vị chiều dài trong mưa

2.27 Công suất nhiễu của hệ thống các mạch mắc nối tiếp 50

3.8 Các thành phần chính cho cơ sở hạ tầng mạng di động qua vệ 70

LỜI NÓI ĐẦU

Thông tin vệ tinh chỉ mới xuất hiệu trong hơn bốn thập kỹ qua nhưng đã pháttriển rất nhanh chóng trên thế giới cũng như trong nước ta, mở ra cho một thời kỳmới cho sự phát triển trong mọi lĩnh vực khoa học cũng như đời sống nói chung vàđặc biệt ngành viễn thông nói riêng.

Ngày nay chúng ta đang sống trong một thế giới của thông tin, nhu cầu thôngtin giữa con người với con người ngày càng lớn thuận lợi hơn và hoàn hảo hơn nhờvào các hệ thống truyền tin đa dạng như hệ thống thông tin vô tuyến hay hệ thốngthông tin hữu tuyến Các hệ thống này thật sự là phương tiện cực kỳ hữu ích vì nó

có khả năng kết nối mọi nơi trên thế giới để vượt qua cả khái niệm về không gian vàthời gian giúp con người gần gũi nhau hơn mặc dù quãng đường rất xa, giúp conngười cảm nhận cảm nhận được cuộc sống hiện tại của thế giới xung quanh, thôngtin qua vệ tinh không chỉ có ý nghĩa truyền dẫn đối với quốc gia, khu vực còn mangtính xuyên lục địa như vệ tinh toàn cầu Nhờ có vệ tinh mà quá trình truyền thôngtin diễn ra giữa các châu lục trở nên tiện lợi và nhanh chóng thông qua nhiều loạihình dịch vụ khác nhau

Thông tin vệ tinh đã được ứng dụng vào nước ta bắt đầu từ những năm 80 mở ramột sự phát triển mới của viễn thông Việt Nam Thông tin vệ tinh có nhiều ưu điểmnổi bật là vùng phủ sóng rất rộng, triển khai lắp đặt nhanh và khả năng cung cấpdịch vụ đa dạng cho người dụng Nó là phương tiện hữu hiệu nhất để kết nối thôngtin liên lạc với các vùng xa xôi, biên giới, hải đảo nơi mà mạng cố định không thểvới tới được, đồng thời thông tin vệ tinh nhờ ưu điểm triển khai lắp đặt và thiết lậpliên lạc nhanh sẽ là phương tiện liên lạc cơ động giúp ứng cứu kịp thời trong cáctình huống khẩn cấp

Trước khi có vệ tinh VINASAT-1, Việt Nam đã thuê vệ tinh của các nước khuvực để phục vụ cho nhu cầu thông tin Vệ tinh VINASAT-1 đưa vào sử dụng áp ứngngày càng tăng về trao đổi thông tin, giảm chi phí thuê vệ tinh của các nước,…mở

ra một bước tiến mới cho viễn thông Việt Nam VINASAT-1 đang vận hành và khaithác tốt, sử dụng gần hết công suất và Việt Nam đã có dự án VINASAT-2 sẽ được

phóng và đưa vào sử dụng trong vài năm tới Do đó việc hiểu biết về thông tin vệtinh là cần thiết.

Từ những vấn đề đó mà đề tài chỉ đi sâu nghiên cứu khảo sát về hệ thống thôngtin vô tuyến mà cụ thể là hệ thống thông tin vệ tinh Phần nội dung của đề tài đượcphân bố gồm 3 chương:

Chương 1: Tổng quan hệ thống thông tin vệ tinh.

Chương 2: vệ tinh địa tĩnh và kỹ thuật trạm mặt đất

Chưong 3: Hệ thống vệ tinh viễn thông VINASAT.

Ngoài ra còn có một phần phụ lục để bổ sung nội dung cho một số vấn đề cầnđược làm sáng tỏ trong phần nội dung của đề tài.

1.1.3 Đặc điểm của thông tin vệ tinh

1.1.3.1 Vệ tinh và các dạng quỹ đạo của vệ tinh

- Khái niệm: Một vệ tinh có khả năng thu và phát sóng vô tuyến điện khi được

phóng vào vũ trụ ta gọi là vệ tinh thông tin Khi đó vệ tinh sẽ khuếch đại sóng vôtuyến điện nhận được từ các trạm mặt đất và phát lại sóng vô tuyến điện đến cáctrạm mặt đất khác

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 phân ra vệ tinh quỹ đạo thấp và vệ tinh địa tĩnh.Mỗi loại vệ tinh có nhưng đặc điểm riêng, tùy theo từng loại ứng dụng mà việc

sử dụng vệ tinh cũng khác nhau

- Quỹ đạo của vệ tinh:

Khi quan sát từ mặt đất, sự di chuyển của vệ tinh theo quỹ đạo bay người tathương phân vệ tinh thành hai loại:

+ Vệ tinh quỹ đạo thấp: là vệ tinh chuyển động liên tục so với mặt đất, thờigian cần thiết cho vệ tinh để chuyển động xung quanh quỹ đạo của nó khác vớichu kỳ quay của quả đất (loại vệ tinh này được ứng dụng trong việc nghiên cứukhoa học, quân sự, khí tượng thủy văn, thông tin di động, …)

Hình 1.2: Vệ tinh quỹ đạo thấp

 Ưu điểm:

Phủ sóng được các vùng có vĩ độ cao > 81,3o

Góc ngẫng lớn nên giảm được tạp âm do mặt đất gây ra

Quỹ đạo elip

 Nhược điểm:

Mỗi trạm phải có ít nhất hai anten và anten phải có cơ cấu điền chỉnhchùm tia

Để đảm bảo liên lạc liên tục trong 24 giờ thì phải cần nhiều vệ tinh

 Ứng dụng: Tổn hao đường truyền nhỏ do vệ tinh bay ở độ cao thấp, nên phùhọp với thông tin di động Trễ truyền lan nhỏ

+ Vệ tinh địa tĩnh: là vệ tinh được phóng lên quỹ đạo tròn ở độ cao khoảng36.000 km so với đường kính quỹ đạo Vệ tinh này bay xung quanh trái đất 1 vòngmất 24 giờ Do T bay của vệ tinh bằng T quay của Trái đất và cùng phương hướng(hướng Đông), bởi vậy vệ tinh dường như đứng yên khi quan sát từ mặt đất, gọi là

vệ tinh địa tĩnh

Hình 1.3: Quỹ đạo vệ tinh địa tĩnh

Vùng phủ sóng của vệ tinh lớn, bằng 42,2% bề mặt trái đất.

Các trạm mặt đất ở xa có thể liên lạc trực tiếp và hệ thống 3 quả vệ tinh cóthể phủ sóng toàn cầu

 Nhược điểm:

Quỹ đạo địa tĩnh là quỹ đạo duy nhất tồn tại trong vũ trụ và được coi là mộttài nguyên thiên nhiên co hạn Tài nguyên này đang cạn kiệt do số lượng vệtinh của các nước phóng lên ngày càng nhiều

Không phủ sóng được những vùng có vĩ độ lớn hơn 81,30 Chất lượng đườngtruyền phụ thuộc vào thời tiết

Thời gian trễ truyền lan lớn, theo đường ngắn nhất có:

Từ: trạm – vệ tinh – trạm (72.000Km)  240ms

Từ: trạm – vệ tinh – trạm Hub – vệ tinh – trạm (154.000Km)  513ms.Từ: trạm – vệ tinh – trạm (143.000Km)  447ms

Tính bảo mật không cao

Suy hao công suất cho đường truyền lớn (gần 200dB)

 Ứng dụng: Được sử dụng làm quỹ đạo cho vệ tinh thông tin bảo đảm thôngtin cho các vùng co vĩ độ nhỏ hơn 81,30 Là loại vệ tinh được sử dụng phổ biếnnhất, với nhiều loại hình dịch vụ

Nhận xét: Từ các dạng quỹ đạo nêu trên thì vệ tinh địa tĩnh là vệ tinh sử dụng

cho thông tin là lý tưởng nhất vì nó đứng yên khi quan sát từ vị trí cố định trên tráiđất Nghĩa là thông tin sẽ được bảo đảm liên lục, ổn định trong 24 giờ với các trạmnằm trong vùng phủ sóng của vệ tinh mà không cần chuyển đổi sang một vệ tinh

khác Bởi vậy hầu hết các hệ thống thông tin vệ tinh cố định đều sử dụng vệ tinh địatĩnh.

1.1.3.2 Phân chia dải tần cho thông tin vệ tinh

Hình 1.4: Sự suy giảm của sóng vô tuyến trong không gian

Hình trên cho thấy sóng điện từ ở tần số thấp bị hấp thụ năng lượng mạnh khitruyền qua tầng điện li (đặc biệt là mây từ) và ở tần số cao (lớn hơn 10Ghz) bị suyhao đáng kể khi truyền qua lớp khí quyển (mây mù và đặc biệt là mưa) Chỉ có dảitần từ 1-10 GHz là có suy hao tương đối thấp nên được chọn sử dụng trong thôngtin vệ tinh, ta gọi khoảng tần số này là cửa sổ vô tuyến (Radio Window)

Liên đoàn thông tin quốc tế ITU chia thế giới ra làm 3 khu vực:

 Khu vực 1: gồm Châu Âu, Châu Phi, vùng Trung Đông và Nga

 Khu vưc 2: gồm các nước châu Mỹ

 Khu vực 3: gồm các nước Châu Á và Châu Đại Dương

Tần số phân phối cho một dịch vụ nào đó có thể phụ thuộc vào khu vục Trong một khu vực một vùng dịch vụ có thể được dùng toàn bộ băng tần của khu vực này hoặc phải chia sẻ với các dịch vụ khác Các dịch vụ cố định sử dụng các băng tần theo băng sau:

Bảng 1.1 Quy định băng tần thông tin vệ tinh

O2

H2O

0 20 30 0.1

0.2

0.5

1 2

2 0 1 0

3 (a)

(b)

(c) (d)

Đối với thông tin vệ tinh Quốc tế, độ tin cậy là rất quan trọng Do đó việc lựachọn băng tần dùng cho thông tin vệ tinh Quốc tế phải cần được lựa chọn và thăm

dò kỹ càng Người ta đã chọn băng C dùng cho thông tinh vệ tinh Quốc tế, còn băng

Ku trước đây dùng cho thông tin vệ tinh nội địa hiện nay đã được mở rộng cho khuvực

1.1.3.3 Ưu, nhược điểm của thông tin liên lạc qua vệ tinh:

+ Có khả năng thông tin quảng bá cũng như thông tin điểm nối điểm Một vệ tinh

có thể phủ sóng cho một vùng rộng lớp trên trái đất (vệ tinh địa tinh ở búp ở sóngtoàn cầu có vùng phủ sóng chiếm 1/3 bề mặt trái đất), như vậy một trạm mặt đất cóthể thông tin với nhiều trạm mặt đất khác trong vùng phủ sóng đó Nếu có 3 vệ tinhđịa tĩnh phóng lên ở ba vị trí thích hợp thì sẽ phủ sóng toàn cầu do đó các dịch vụthông tin toàn cầu sẽ được thực hiện

+ Có khả năng băng rộng: Các bộ lặp trên vệ tinh thường là các thiết bị băng tầnrộng, có thể thực hiện nhiều dịch vụ băng rộng cũng như các dịch vụ khác Độ rộngbăng tần của mỗi bộ lặp (repeater) có thể lên đến hàng chục megahertz Một bộ lặp

có thể được sử dụng cho hai trạm mặt đất trong vùng phủ sóng của vệ tinh Các hệthống thông tin trên mặt đất thường giới hạn ở cư ly gần (ví dụ như truyền hình nộihạt) hoặc cho các trung kế dung lượng nhỏ giữa các thị trường chính

+ Dung lượng thông tin lớn: Vì sử dụng ở tần số cao nên băng tần rộng, hơn nữa

đã áp dụng các biện phát tiết kiệm tân số (FDMA, TDMA, CDMA,…) Đáp ứngđược hầu hết các dịch vụ mà thực tế đề ra

Ít chịu ảnh hưởng bởi địa hình của mặt đất Do độ cao bay lớn nên thông tin vệtin không bị ảnh hưởng bởi địa hình thiên nhiên như đồi núi, thành phố, sa mạc, đạidương Sóng vô tuyến chuyển tiếp qua vệ tinh là phương tiện thông tin tốt nhất chocác vùng nông thôn và các vùng chưa phát triển Thông tin vệ tinh có thể cung cấpcác dụng vụ phổ thông cho cả thành phố, nông thôn cũng như miền núi và hảiđảo(ví dụ truyền hình điện thoại dung lượng nhỏ) Thông tin vệ tin đẩy nhanh sựphát triển nền công nghiệp và các phương tiện sử lý số liệu ở nông thôn

+ Dịch vụ thông tin vệ tinh băng tần rộng và có thể truyền tới bất kỳ nơi nào trênthế giới để đưa đến việc tìm ra các thị trường mới cũng như mở rộng các thị trườngdịch vụ hạ tầng các đường thông tin đã được sử dụng trên mặt đất Nhờ vệ tinh đãđẩy nhanh sự phát triển của các mạng truyền hình đặc biệt là truyền hình cáp, truyềnhình trả tiền (pay TV), các nhóm ngôn ngữ và dân tộc (ethnic and language), cácnhóm tôn giáo, thể thao và các tin tức về sum họp

Các dịch vụ mới Do khả năng đặc biệt của thông tin vệ tinh nên đã đưa ra cáckhái niệm mới cho lĩnh vực viễn thông Trước khi có thông tin vệ tinh (trước năm1958), hầu hết các dung vụ viễn thông quốc tế đều sử dụng sóng ngắn phản xạ tầngđiện ly Thông tin này không đáp ứng được các nhu cầu do chất lượng xấu, dunglượng thất, băng tần hẹp, ngay cả khi công nghệ của loại hình viễn thông này đạt tớimức giới hạn Một ví dụ trong trường hợp cấp cứu, Inmarsat là một dịch vụ vệ tinhmới, nó cung cấp tiếng, số liệu và hình ảnh tốc độ thấp di động cho tàu, thuyền,máy bay qua vệ tinh Hiện nay có thêm nhiều dịch vụ như: dịch vụ thoại, Fax, Telex

cố định, phát thanh truyền hình quảng bá, dịch vụ thông tin di động qua vệ tinh,…Các dịch vụ cá nhân của khác hàng: Các trạm mặt đất nhỏ với anter kích thước bé

có thể truy nhập đến các cơ sở dữ liệu, các cơ quan bộ và các hệ thống quản lýthông tin Các trạm này có các thiết bị đầu cuối kích thước rất nhỏ, gọi là VSAT(very Small Aperture Terminals) Các đầu cuối này thường đặt tại nhà của khách

hàng hay các khu vực có các yêu cầu dịch vụ phổ thông với dung lượng nhỏ Vớicác dịch vụ như: truyền hình vệ tinh, dịch vụ thuê kênh riêng,…

Độ tin cậy và chất lượng thông tin cao: do tuyến thông tin chỉ có ba trạm (mặt đất –

vệ tinh – mặt đất), trong đó vệ tinh đóng vai trò như trạm lặp, còn hai trạm đầu cuốitrên mặt đất nên xác suất hư hỏng trên tuyến rất thấp

Tính linh hoạt và hiệu quả kinh tế: hệ thống thông tin được thiết lập nhanh chóngtrong điều kiện các trạm mặt đất cách xa nhau Đặc biệt hiệu quả kinh tế cao trongthông tin cự ly lớn, thông tin xuyên lục địa

- Nhược điểm:

Tuy nhiên trong thông tin vệ tinh cũng có những nhược điểm quan trọng đó là:+ Không hoàn toàn cố định

+ Khoảng cách truyền dẫn xa nên suy hao lớp, ảnh hưởng của tạp âm lớn

+ Giá thành lắp đặt hệ thông rất cao, nên chi phí phóng vệ tinh tốn kém mà vẫntồn tại xác suất rủi ro

+ Thời gian sử dụng hạn chế khó bảo dưỡng, sửa chữa và nâng cấp

Do đường đi của tín hiệu vô tuyến truyền qua vệ tinh khá dài (hơn 70.000 km đốivới vệ tinh địa tĩnh) nên từ điểm phát đến điểm nhận sẽ có thời gian trễ đáng kể.Người ta mong muốn vệ tinh có vai trò như là một cột anter cố định nhưng trongthực tế vệ tinh luôn có sự chuyển động tương đối đối với mặt đất, dù là vệ tinh địatĩnh nhưng vẫn có sự dao động nhỏ Điều này trong hệ thống phải có trạm điềukhiển nhằm giữ vệ tinh ở vị trí nhất định trong thông tin Thêm nữa do các vệ tinhbay trên quỹ đạo cách rất xa mặt đất cho nên việc truyền sóng giữa các trạm phảichịu sử tổn hao lớn, bị ánh hưởng các yếu tố thời tiết và phải đi qua nhiều loài môitrường khác nhau Để vẫn đảm bảo chất lượng của tuyến người ta phải sử dụngnhiều kỹ thuật bù và chống lỗi phức tạp

1.2 Kỹ thuật thông tin vệ tinh.

1.2.1 Phóng vệ tinh, định vị và duy trì vệ tinh trên quỹ đạo.

1.2.1.1 Phóng vệ tinh lên quỹ đạo địa tĩnh.

Mỗi vệ tinh được đưa lên qũy đạo theo một trong hai cách sau: Dùng tên lửa đẩynhiều tầng

+ Dùng phương tiên phóng nhiều lần: tàu con thoi.

 Phương pháp phóng dựa trên qũy đạo Holmonn:

Hình 1.5: Sơ đồ qũy đạo Holmonn

- Giai đoạn 1: Dùng tên lửa đẩy nhiều tầng để đưa vệ tinh lên quỹ đạo LEO có

- Giai đoạn 3: Khi vệ tinh chuyển động qua viễn điểm của quỹ đạo Hohmonn thì

sử dụng động cơ đẩy viễn điểm đặt trong vệ tinh để đưa vệ tinh về quỹ đạo địa tĩnh

và về vị trí của nó

1.2.1.2 Duy trì vệ tinh trên quỹ đạo

Các công việc chính được thực hiện trong quá trình duy nhất trì vệ tinh trên quỹđạo là:

- Các dao động của vệ tinh xung quanh vị trí quỹ đạo theo hướng Đông Tây,Nam Bắc phải được duy trì trong khoảng ± 0.050

- Tư thế vệ tinh phải được giám sát và hiệu chỉnh để bảo đảm anten vệ tinh luônluôn hướng về các vùng mong muốn của trái đất

1.2.2 Cấu hình tổng quát của một hệ thống thông tin vệ tinh.

Cấu hình tổng quát gồm: Vệ tinh địa tĩnh, trạm điều khiển, các trạm mặt đất

Hình 1.6: Hệ thống thông tin vệ tinh

1.2.2.1 Cấu trúc cơ bản của vệ tinh địa tĩnh.

- Anten định hướng cho mặt đất, góc tỏa sóng của anten được chọn sao chosóng bao trùm những vùng cần phủ trên mặt đất (cả nước hoặc cả vùng lục địa)

- Nguồn năng lượng cung cấp cho vệ tinh hoạt động chủ yếu là dùng pinmặt trời

Hình 1.7: Cấu trúc cơ bản của vệ tinh.

Hình 1.8: Sơ đồ khối chức năng của vệ tinh

DownLink Antenna

Filte r

DEMUX – Demultiplexing Network

Low Level TWT

Downconverte r

RECEIVER

TD A

Filter

LO

Mixe r Filter

Đầu tiên anten nhận tín hiệu của tuyến lên, kế đến bộ lọc sẽ bỏ đi dãy tần sốkhông mong muốn, bộ khuếch đại nâng công suất tín hiệu lên và tín hiệu được dịchxuống dãy tần phù hợp với dãy tần của tuyến xuống Tiếp theo bộ khuếch đại, mạnglưới phân kênh tách các kênh riêng lẻ để xử lý như : cân bằng, khuếch đại, lọc… tất

cả các kênh sau đó được kết hợp lại và truyền xuống

Để thực hiện các chức năng trên, vệ tinh hoạt động như một trạm chuyển tiếpđơn giải Thay đổi tần số trên vệ tinh được thực hiện bằng các bộ đổi tần

1.2.2.2 Trạm điều khiển vệ tinh.

Thiết bị ở trung tâm điều khiển được chia thành 2 phần:

- Thứ nhất là nhóm thiết bị ăng-ten: Bao gồm các thiết bị để thực hiện đưa các lệnh điều khiển và thu thập các tín hiệu từ vệ tinh

Nhiệm vụ của anten là thu những tín hiệu liên quan đến dữ liệu về tình trạnghoạt động, từ hướng đi cho đến các thông số cảm biến bên trong do vệ tinh gửi về.Sau khi dữ liệu được đưa vào phân tích, xử lý, những lệnh điều khiển cần thiết cũng

đi qua antenna này để phát lên vệ tinh

- Phần thứ hai là phần thiết bị trong nhà, chủ yếu là máy tính để xử lý thông tinnhận được từ vệ tinh và đưa các lệnh xử lý cần thiết

Nhiệm vụ xử lý những thông tin mà chiếc antenna gửi về do một hệ thống máytính đảm nhiệm, gồm máy chủ, hệ thống máy trạm, thiết bị bảo mật và phần mềmchuyên dụng đều được nhà thầu lắp đặt và cung cấp tổng thể Theo quy trình, nhữngtín hiệu từ vệ tinh sẽ được các chuyên gia của Trung tâm theo dõi và xử lý liên tục24/24 Trong trường hợp hoạt động ổn định, thì việc điều chỉnh vệ tinh trở về vị tríchính xác được tiến hành định kỳ mỗi tuần một lần Toàn bộ quy trình điều hướngmodule, lái hướng pin mặt trời, trên vệ tinh đều xuất phát từ trung tâm này

Ngoài các nhiệm vụ của trạm điều khiển như: điều khiển vệ tinh bay đúng quỹđạo, đúng vị trí tọa độ đã quy định (± 0.050 so với vị trí chuẩn ban đầu), theo dõihoạt động của các thiết bị vệ tinh,… Trạm điều khiển còn có nhiệm vụ quản lý vàkhai thác các dịch vụ vệ tinh như: quản lý về tần số của các dịch vụ tránh trườnghợp gây can nhiễn về tần số, chia băng tần và dung lương hợp lý nhằm sử dụngcông suất của toàn bộ phát đáp có hiệu quả, bảo mật thông tin,…

Hệ thống anten được đấu nối trực tiếp với bộ khuếch đại tạp âm thấp LNA và bộkhuếch đại công suất lớn HPA bằng hệ thống ống dẫn sóng Để ngăn cách giữa tínhiệu công suất phát và tín hiệu thu về không lẫn sang nhau (vì dùng chung antenna)người ta dùng bộ lọc thu phát siêu cao ( Diplexer ).

- Hệ thống thu tín hiệu:

Tín hiệu SHF thu từ antenna được khuếch đại lên nhờ LNA, sau đó qua bộchia cao tần rồi vào bộ biến đổi xuống (Down Converter) để đổi từ tần số RF xuốngtrung tần IF, kế đến qua bộ giải điều chế để thu lại tín hiệu băng tần cơ bản ( BaseBand ) Tín hiệu sẽ được xử lý như giải nén, sửa lỗi ( Redundancy ), giải nhấn (De-emphasis), triệt tiếng dội (Echo-Cancellation) sau đó các tín hiệu thoại hay truyềnhình được phân kênh để có thể truy xuất dễ dàng theo các tần số sóng mang chuẩn.Thu các sóng mang trên đường xuống của vệ tinh ở tần số chọn trước, xử lý tínhiệu này trong trạm để chuyển thành các tín hiệu băng gốc sau đó cung cấp cho cácmạng mặt đất hoặc trực tiếp tới các thiết bị đầu cuối của người sử dụng

High Power Amplifie

down Converter

công suất lớn truyền qua Diplexer, Feeder và bức xạ ra antenna.Ngoài ra còn có hệthống bám vệ tinh (Tracking), hệ thống giám sát, cấp nguồn

Các thiết bị điện tử trong trạm đều bắt buộc làm việc trong môi trường thíchhợp, đó là nhiệt độ 200C với độ ẩm 70% để đảm bảo an toàn, duy trì tuổi thọ cũngnhư chất lượng thông tin

Một trạm mặt đất có thể có khả năng thu và phát lưu lượng một cách đồng thờihoặc trạm chỉ phát hoặc chỉ thu

1.3 Phương pháp đa truy nhập.

Thông tin vệ tinh là một hệ thống thông tin vô tuyến điểm đến đa điểm, nghĩa làmột vệ tinh có thể thông tin với nhiều trạm mặt đất, vì vậy phải sử dụng phươngpháp đa truy nhập để tiết kiện tài nguyên

Trong thực tế, một bộ phát đáp có thể phục vụ cùng một lúc nhiều trạm mặt đấtkhác nhau Kỹ thuật đa truy nhập là kỹ thuật các trạm mặt đất truy nhập bộ phát đáp

vệ tinh, với yêu cầu sóng vô tuyến điện từ các trạm mặt đất riêng lẻ không cannhiễu với nhau

1.3.1 Đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA)

Đây là phương pháp sử dụng rộng rãi nhất Trong hệ thống này mỗi trạm mặt đất

có dùng riêng một tần số phát không trùng với các trạm khác sao cho khoảng cáchtần số giữa các trạm không bị chồng lấn lên nhau FDMA có thể sử dụng cho tất cảcác hệ thống điều chế (điều chế số cũng tương tự)

Các trạm thu muốn thu được tin tức phải dùng các bộ lọc dải tương ứng với tần

số cần thu

Phương pháp này cho phép các trạm truyền dẫn liên tục mà không cần điều khiểnđịnh thời đồng bộ, thiết bị sử dụng khá đơn giản.

Nhận xét: phương pháp này thiếu tính linh hoạt trong việc thay đổi cách phân

phối kênh do: các kênh truyền dẫn được phân chia theo tần số quy định, khi muốntăng số kênh bắt buộc phải giảm nhỏ băng thông nghĩa là thay đổi các bộ lọc dải đốivới trạm thu Đồng thời phương pháp này tốn kém kênh truyền

Hình 1.10: Băng thông sóng mang truyền dẫn theo kỹ thuật truy nhập FDMA.

1.3.2 Đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA)

Hình 1.11: Băng thông sóng mang truyền dẫn theo kỹ thuật truy nhập TDMA.

Là một hệ thống các trạm thu mặt đất dùng chung một bộ phát đáp trên cơ sởphân chia theo thời gian Trước hết phải sử dụng một sóng mang điều chế số Hệthống này thường định ra một khung thời gian gọi là khung TDMA Khung thờigian này sẽ chia ra làm nhiều khoảng tương ứng mỗi trạm mặt đất

Mỗi trạm phát sóng theo khe thời gian của khung quy định Đồng thời giữa cáckhe thời gian cần một khoảng thời gian trống để tín hiệu các trạm không chồngnhau về thời gian tại trạm phát đáp

Tương tự tại các trạm thu mặt đất, để lấy được tin tức cần được xác định đúngkhe thời gian để lấy sóng mang của chính nó

Đây là phương pháp có thể sử dụng tốt nhất công suất của vệ tinh Nó có thểthay đổi số khe cũng như độ rộng của khe thời gian trong khung mà không ảnhhưởng gì tới các thiết bị phần cứng

Một khe

Từ trạm chuẩn Thời gian bảo vệ

Một khung

1.3.3 Đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA)

Hình 1.12: Băng thông sóng mang truyền dẫn theo kỹ thuật truy nhập CDMA.

Kỹ thuật trải phổ được ứng dụng nhiều trong các hệ thống thông tin vô tuyếnquân sự và được đưa vào thông tin vệ tinh trong những năm gần đây Kỹ thuậtCDMA đã được ứng dụng nhiều trong các hệ thống thông tin di động mặt đất và hệthống vệ tinh tầm thấp Trong CDMA, sóng mang của trạm VSAT đầu cuối đượcnhân với một bộ mã và trải phổ ra trên toàn bộ băng tần sử dụng chung với các trạmđầu cuối khác Mỗi trạm được cấp một mã trải phổ khác nhau mà không bị khôiphục lại ở các trạm đầu cuối khác Tại đầu thu ở HUB, tín hiệu của từng trạm đượctách bằng cách sử dụng/nhân với bộ mã trải phổ tương ứng Với cơ chế này ở đầuthu tín hiệu mong muốn được khôi phục lại; tín hiệu các kênh khác và nhiễu tạp lại

bị trải phổ ra trên toàn băng và có mức ngưỡng thấp hơn tín hiệu mong muốn Trong thông tin địa tĩnh, tuyến phát từ HUB cho các trạm VSAT CDMA vẫn ápdụng phương thức phát trên một sóng mang duy nhất cho toàn mạng Để tránh gâynhiễu các vệ tinh gần kề, cần có băng thông đủ rộng để trải phổ công suất tuyếnphát trạm VSAT mặt đất

Nếu hệ thống CDMA có nhiều trạm cùng truy nhập trên một băng tần thì tổngmức tín hiệu các kênh khác cộng dồn cũng tạo ra mức nhiễu nền đáng kể so với tínhiệu được khôi phục Ngoài ra cần có sự kiểm soát và điều khiển công suất phát củacác trạm đầu cuối để vẫn đảm bảo chất lượng thông tin nhưng không quá cao có thểgây nhiễu cho các trạm đầu cuối khác Do vậy áp dụng CDMA cũng hạn chế sốlượng trạm cùng truy nhập trong một dải tần số và hiệu quả sử dụng băng thôngkhông cao khi so sánh với kỹ thuật TDMA

Kỹ thuật CDMA có ưu điểm là có thể ứng dụng trong các trạm mặt đất TTVT

cơ động liên tục với ăng ten rất nhỏ và không cần bám chính xác vệ tinh Tín hiệuphát của trạm cơ động được trải ra trên đoạn băng tần lớn và có mức công suất phátchỉ tương đương mức nhiễu nền nên ít gây ảnh hưởng đến các vệ tinh lân cận, cho

dù búp sóng của trạm bao trùm các vệ tinh này

CDMA là kỹ thuật truy nhập mới và tốt nhất hiện nay, nhưng chưa được sử dụngrộng rãi trong thông tin vệ tinh địa tĩnh

1.4 Các loại dịch vụ trong thông tin vệ tinh

Hình 1.13: Các dịch vụ qua vệ tinh.

Dựa vào đặc điểm của vệ tinh thông tin là có khả năng phát quảng bá trên mộtvùng địa lý rộng lớn, thông tin vệ tinh đã được sử để thành lập các tuyến thông tinđiểm nối điểm và điểm đa điểm Trên cơ sở các tuyến thông tin trên, thông tin vệ tinđược sử dụng để cung cấp các dịch vụ cố định và di động Một số dịch vụ sau:

- Dich vụ điện thoại đường dài: Cung cấp các tuyến đường trục mà mạng mặtđất chưa triển khai tới hoặc các mạng mặt đất quá tải trong giờ cao điểm và làmtuyến dự phòng cho cho tuyến đường trục mặt đất khi có sự cố

- Dịch vụ viễn thông nông thôn: Cung cấp các dịc vụ viễn thông như thoại, faxcho các cùng xa xôi hẻo lánh, các vùng hải đảo những nơi mà mạng mặt đất chưatới hoặc xây dựng không kinh tế

- Mạng dùng riêng: Cung cấp các dịc vụ viễn thông như thoại, fax, truyền số liệucho các cơ quan nhà nước, các công ty cần đường truyền có độ sẳn sàng cao

vệ tinh