Tính toán can nhiễu giữa các vệ tinh
Đồ án tốt nghiệp
Tính can nhiễu giữa các vệ tinh
MỤC LỤC
MỤC LỤC ...................................................................................................................1
CÁC HÌNH VẼ SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN ....................................................4
CÁC BẢNG BIỂU SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN ..............................................6
CÁC TỪ VIẾT TẮT SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN............................................7
TÓM TẮT ĐỒ ÁN....................................................Error! Bookmark not defined.
LỜI NÓI ĐẦU ..........................................................................................................10
CHƢƠNG I ...............................................................................................................11
TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN VỆ TINH .............................................................11
1.1. Giới thiệu ........................................................................................................11
1.1.1. Lịch sử phát triển của thông tin vệ tinh ...................................................11
1.1.2. Cấu trúc tổng thể của một đƣờng thông tin vệ tinh .................................13
1.1.3. Các đặc điểm của thông tin vệ tinh ..........................................................13
1.2. Các dạng quỹ đạo của vệ tinh .........................................................................15
1.2.1. Các dạng quỹ đạo của vệ tinh ..................................................................15
1.2.2. Các thông số chính của vệ tinh địa tĩnh ...................................................17
1.3. Những vấn đề chung của thông tin vệ tinh .....................................................19
1.3.1. Các phƣơng pháp đa truy nhập vệ tinh ....................................................19
1.3.2. Các băng tần cho thông tin vệ tinh ..........................................................25
1.4. Các loại dịch vụ trong thông tin vệ tinh .........................................................31
1.5. Định vị và duy trì vệ tinh trên quỹ đạo...........................................................32
a. Phóng vệ tinh lên quỹ đạo địa tĩnh.................................................................32
b. Đƣa vệ tinh vào quỹ đạo đĩa tĩnh ...................................................................33
c. Duy trì vệ tinh trên quỹ đạo ...........................................................................34
CHƢƠNG II ..............................................................................................................35
TỔNG QUAN VỀ VỆ TINH VIỄN THÔNG VINASAT ........................................35
2.1. Các thông số chính của vệ tinh Vinasat .........................................................36
2.1.1. Các thông số kỹ thuật chính của vệ tinh Vinasat .....................................36
2.1.2. Các giới hạn khai thác của vệ tinh Vinasat..............................................37
2.2. Phần không gian .............................................................................................39
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh
1
Đồ án tốt nghiệp
Tính can nhiễu giữa các vệ tinh
2.2.1. Bộ phát đáp ..............................................................................................39
2.2.2. Máy thu băng rộng ...................................................................................40
2.2.3. Bộ phân kênh vào ....................................................................................42
2.2.4. Bộ khuếch đại công suất ..........................................................................44
2.2.5. Phân hệ anten ...........................................................................................44
2.2.6. Phân hệ thông tin .....................................................................................46
2.2.7. Phân hệ đo bám và điều khiển từ xa ........................................................47
2.3. Phần mặt đất ...................................................................................................49
2.3.1. Hệ thống TVRO .......................................................................................49
2.3.2. Trạm mặt đất thu, phát .............................................................................49
2.4. Các sơ đồ phân kênh của vệ tinh Vinasat .......................................................51
2.5. Vùng phủ sóng vệ tinh Vinasat ......................................................................54
CHƢƠNG III ............................................................................................................55
SUY HAO TRONG THÔNG TIN VỆ TINH ...........................................................55
3.1. Suy hao trong thông tin vệ tinh ......................................................................55
3.1.1. Suy hao trong không gian tự do ...............................................................55
3.1.2. Suy hao do tầng đối lƣu ...........................................................................56
3.1.3. Suy hao do tầng điện ly ...........................................................................57
3.1.4. Suy hao do thời tiết ..................................................................................57
3.1.5. Suy hao do đặt anten chƣa đúng ..............................................................58
3.1.6. Suy hao trong thiết bị thu.........................................................................58
3.1.7. Suy hao do phân cực không đối xứng .....................................................58
3.1.8. Nhiễu từ vệ tinh khác ...............................................................................58
3.1.9. Trễ truyền dẫn ..........................................................................................59
3.2. Lý thuyết tính toán..........................................................................................59
3.2.1. Một số thuật ngữ và lý thuyết tính toán ...................................................59
3.2.2. Khảo sát thông số EIRP và G/T ở nƣớc ta...............................................62
CHƢƠNG IV ............................................................................................................64
TÍNH NHIỄU ẢNH HƢỞNG GIỮA VỆ TINH VINASAT VỚI VỆ TINH LÂN
CẬN ..........................................................................................................................64
4.1. Giá trị ngƣỡng của ∆T/T ................................................................................64
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh
2
Đồ án tốt nghiệp
Tính can nhiễu giữa các vệ tinh
4.2. Chồng lấn tần số giữa hai vệ tinh ...................................................................67
4.2.1. Chồng lấn tần số chỉ downlink (wanted) .................................................67
4.2.2. Chồng lấn tần số chỉ uplink (wanted) .....................................................67
4.2.3. Chồng lấn tần số chỉ uplink (interfering) .................................................68
4.2.4. Chồng lấn tần số chỉ downlink (interfering) truyền đến ES ....................68
4.2.5. Chồng lấn tần số cả uplink và downlink ..................................................69
4.2.6. Chồng lấn tần số với interfering chỉ downlink tác động đến SAT ..........69
4.2.7. Chồng lấn tần số với interfering chỉ downlink tác động đến SAT (SAT
chỉ uplink) ..........................................................................................................70
4.3. Cung Phối Hợp Quỹ Đạo ...............................................................................70
4.4. Tính C/I ..........................................................................................................71
4.5. Tính toán thực tế .............................................................................................74
CHƢƠNG V..............................................................................................................79
XÂY DỰNG PHẦN MỀM TÍNH CAN NHIỄU GIỮA VỆ TINH VINASAT VỚI
VỆ TINH LÂN CẬN ................................................................................................79
TỔNG KẾT ...............................................................................................................85
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................86
PHỤ LỤC ..................................................................................................................87
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh
3
Đồ án tốt nghiệp
Tính can nhiễu giữa các vệ tinh
CÁC HÌNH VẼ SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN
Hình vẽ
Nội dung
Trang
Hình 1.1
Sơ đồ đường thông tin vệ tinh
13
Hình 1.2
Ba dạng quỹ đạo cơ bản của vệ tinh
16
Hình 1.3
Tóm tắt các dạng quỹ đạo của vệ tinh
16
Hình 1.4
“Góc nhìn” từ vệ tinh địa tĩnh
18
Hình 1.5
Vị trí 3 vệ tinh địa tĩnh phủ sóng toàn cầu
19
Hình 1.6
Các thông số hình học giữa trạm mặt đất và vệ tinh
19
Hình 1.7
Băng thông sóng mang truyền dẫn theo các kỹ thuật truy
nhập FDMA, TDMA, CDMA
24
Hình 1.8
Sự phụ thuộc hấp thụ khí quyển vào tần số
26
Hình 1.9
Quỹ đạo Hohman
33
Hình 2.1
Quy hoạch tần số và phân cực, tần số trên hình vẽ đo bằng
MHz
39
Hình 2.2
Các kênh của bộ phát đáp vệ tinh
40
Hình 2.3
Máy thu băng rộng vệ tinh
42
Hình 2.4
Bộ phân kênh vào
43
Hình 2.5
Sơ đồ khối và biểu đồ các mức tương đối điển hình trong một
bộ phát đáp
44
Hình 2.6
Phân hệ anten cho vệ tinh
46
Hình 2.7
Sơ đồ khối phân hệ thông tin cho vệ tinh
47
Hình 2.8
Sơ đồ khối trạm mặt đất
50
Hình 3.1
Tổn hao Fiđơ
58
Hình 3.2
Can nhiễu giữa các hệ thống thông tin vệ tinh
59
Hình 3.3
Góc ngẩng vệ tinh
60
Hình 4.1
Giá trị C/N
64
Hình 4.2
Sơ đồ tuyến thông tin vệ tinh
65
Hình 4.3
Vệ tinh gây nhiễu
66
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh
4
Đồ án tốt nghiệp
Tính can nhiễu giữa các vệ tinh
Hình 4.4
Chồng lấn tần số chỉ downlink (wanted)
67
Hình 4.5
Chồng lấn tần số chỉ uplink (wanted)
67
Hình 4.6
Chồng lấn tần số chỉ uplink (interfering)
68
Hình 4.7
Chồng lấn tần số chỉ downlink (interfering) truyền đến ES
68
Hình 4.8
Chồng lấn tần số cả uplink và downlink
69
Hình 4.9
Chồng lấn tần số với interfering chỉ downlink tác động đến
Sat
69
Hình 4.10
Chồng lấn tần số với interfering chỉ downlink tác động đến
Sat (Sat chỉ uplink)
70
Hình 4.11
Nghiên cứu tình huống 1
74
Hình 4.12
Nghiên cứu tình huống 2
76
Hình 5.1
Thuật toán chương trình
80
Hình 5.2
Giao diện chính
81
Hình 5.3
Interfering Sat F, P, Orbit...
81
Hình 5.4
Wanted Sat F, P, Orbit...
82
Hình 5.5
Công cụ tính toán
83
Hình 5.6
Các kết quả d, L, θ...
83
Hình 5.7
Các kết quả ∆Te, ∆Ts, M…
84
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh
5
Đồ án tốt nghiệp
Tính can nhiễu giữa các vệ tinh
CÁC BẢNG BIỂU SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN
Bảng
Nội Dung
Trang
Bảng 1.1
Các tham số chính của vệ tinh trong băng tần C
26
Bảng 1.2
Các tham số chính của trạm mặt đất trong băng tần C
27
Bảng 1.3
Các tham số chính của vệ tinh băng tần Ku điển hình
28
Bảng 1.4
Các tham số chính của trạm mặt đất băng tần Ku điển hình
29
Bảng 1.5
Các tham số chính của vệ tinh băng tần Ka điển hình
29
Bảng 1.6
Các tham số chính của trạm mặt đất băng tần Ka điển hình
30
Bảng 2.1
Phân kênh tần số đường lên băng C
51
Bảng 2.2
Phân kênh tần số đường xuống băng C
51
Bảng 2.3
Phân kênh tần số đường lên băng Ku
52
Bảng 2.4
Phân kênh tần số đường xuống băng Ku
53
Bảng 3.1
EIRP và G/T ở băng tần C
62
Bảng 3.2
EIRP và G/T ở băng tần Ku
63
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh
6
Đồ án tốt nghiệp
Tính can nhiễu giữa các vệ tinh
CÁC TỪ VIẾT TẮT SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN
TTVT
TTVT
Thông tin vệ tinh
SES
Satellite earth station
Vệ tinh địa tĩnh
Ethnic and language
Ethnic and language
Các nhóm ngôn ngữ và dân tộc
VSAT
Small aperture terminals
Anten thu vệ tinh nhỏ
HEO
High earth orbits
Quỹ đạo tầm cao
LEO
Low earth orbits
Quỹ đạo thấp
GEO
GEO-stationary earth
orbits
Quỹ đạo địa tĩnh
S
S
Cự ly từ trạm mặt đất đến vệ
tinh
C
C
Vận tốc ánh sáng
T
T
Thời gian trễ truyền sóng từ
một trạm mặt đất đến vệ tinh
FDMA
Frequency division
multiple acces
Đa truy nhập phân chia theo
tần số
TDMA
Time division multiple
acces
Đa truy nhập phân chia theo
thời gian
CDMA
Code division multiple
acces
Đa truy nhập phân chia theo
mã
MF/TDMA
Multiple frequency
Đa truy nhập phân chia theo
thời gian / Đa tần số
MF/CDMA
Multiple frequency
Đa truy nhập phân chia theo
mã / Đa tần số
CPDMA
Code phase division
multiple acces
Đa truy nhập phân chia theo
pha mã
MF/CPDMA
Multiple frequency
Đa truy nhập phân chia theo
pha mã / Đa tần
MCPC
Multi channel per carrier
Đa kênh trên một sóng mang
IDR
IDR
Sóng mang điều chế số
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh
7
Đồ án tốt nghiệp
Tính can nhiễu giữa các vệ tinh
FDM
FDM
Ghép kênh phân chia theo tần
số
TDM
TDM
Ghép kênh phân chia theo thời
gian
FEC
Forward error correct
Mã sửa lỗi trước
Backoff
Backoff
Độ lùi
VNPT
VNPT
Tập đoàn Bưu chính Viễn
thông Việt Nam
EIRP
Equivalent isotropic
radiated power
Công suất bức xạ đẳng hướng
bộ phát đáp
IBO
Input back off power
Độ lùi công suất đầu vào bộ
phát đáp
OBO
Output back off power
Độ lùi công suất đầu ra bộ
phát đáp
SFD
SFD
Mật độ thông lượng bão hòa
bộ phát đáp
G/T
G/T
Hệ số khuếch đại trên nhiệt tạp
âm bộ phát đáp
SCPC
Single channel per carrier
Đơn kênh trên 1 sóng mang
U
Uplink
Tuyến lên
V
Vertically
Phân cực đứng
BSS
Broadcast satellite service
Dịch vụ quảng bá qua vệ tinh
C/N
Carrier/Noise
Tỷ số sóng mang trên nhiễu
D
Downlink
Tuyến xuống
DBS
Digital broadcasting
system
Hệ quảng bá kỹ thuật số
ES
Earth station
Trạm mặt đất
FSS
Fixed satellite service
Dịch vụ vệ tinh cố định
H
Horizontally
Phân cực ngang
HPA
High power amplifiers
Khuếch đại công suất cao
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh
8
Đồ án tốt nghiệp
Tính can nhiễu giữa các vệ tinh
TÓM TẮT ĐỒ ÁN
Trong đồ án này, chúng ta sẽ tìm hiểu về hệ thống thông tin vệ tinh nói
chung và vệ tinh VINASAT của Việt Nam nói riêng. Trên cơ sở dữ liệu và số
liệu đã có giúp ta tính toán các nhiễu ảnh hƣởng đến vệ tinh VINASAT, để
đƣa ra biện pháp khắc phục đến mức tối đa nhiễu ảnh hƣởng đến vệ tinh
VINASAT.
Cụ thể đồ án đƣợc chia làm 5 chƣơng nhƣ sau:
- Chƣơng 1: Tổng quan về thông tin vệ tinh
- Chƣơng 2: Tổng quan về vệ tinh viễn thông Vinasat
- Chƣơng 3: Suy hao trong thông tin vệ tinh
- Chƣơng 4: Tính nhiễu ảnh hƣởng giữa vệ tinh Vinasat với vệ tinh lân cận
- Chƣơng 5: Xây dựng phần mềm tính can nhiễu giữa vệ tinh Vinasat với vệ
tinh lân cận
ABSTRACT
In this project, we will learn about satellite communication systems in
general and Vietnam's Vinasat particular. Based on the data and the data has
helped us to calculate the noise impact Vinasat, to offer remedies to the
maximum noise affecting Vinasat.
Project is divided into 5 chapters as follows:
- Chapter 1: General about satellite communication
- Chapter 2: General about Vinasat telecommunication satellite
- Chapter 3: Attenuation in satellite communication
- Chapter 4: Interference effects between satellite Vinasat nearby
- Chapter 5: Develop computer software Vinasat interference between
adjacent satellite
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh
9
Đồ án tốt nghiệp
Tính can nhiễu giữa các vệ tinh
LỜI NÓI ĐẦU
Thông tin vệ tinh mới chỉ xuất hiện trong hơn năm thập kỷ qua nhƣng đã
phát triển rất nhanh chóng trên thế giới cũng nhƣ trong nƣớc ta, mở ra một thời kỳ
mới cho sự phát triển trong mọi lĩnh vực khoa học cũng nhƣ đời sống nói chung và
đặc biệt ngành viễn thông nói riêng.
Thông tin vệ tinh có ƣu điểm nổi bật là vùng phủ sóng rất rộng, triển khai lắp
đặt nhanh và khả năng cung cấp dịch vụ đa dạng cho ngƣời dùng. Nó là phƣơng tiện
hữu hiệu nhất để kết nối thông tin liên lạc với các vùng xa xôi, biên giới, hải đảo,
nơi mà mạng thông tin cố định không thể tới đƣợc, đồng thời thông tin vệ tinh nhờ
ƣu điểm triển khai lắp đặt và thiết lập liên lạc nhanh sẽ là phƣơng tiện liên lạc cơ
động giúp ứng cứu kịp thời trong các tình huống khẩn cấp.
Đề tài này cung cấp những thông tin của vệ tinh nói chung và vệ tinh
VINASAT của Việt Nam nói riêng, trên cơ sở dữ liệu và số liệu đã có giúp ta tính
toán các nhiễu ảnh hƣởng đến vệ tinh VINASAT, để đƣa ra biện pháp khắc phục
đến mức tối đa nhiễu ảnh hƣởng đến vệ tinh VINASAT.
Tài liệu tham khảo dựa trên một số giáo trình đƣợc cung cấp bởi trƣơng ĐẠI
HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI và một số tài liệu nƣớc ngoài, do thời gian hạn chế và
trình độ có hạn , nên các vần đề trình bày có thể còn nhiều thiếu sót, tôi sẽ tiếp tục
cập nhật, sửa chữa và bổ sung cho hoàn thiện.
Tôi xin chân thành cảm ơn Giảng Viên Nguyễn Tiến Khải đã tận tình
hƣớng dẫn, giúp đỡ tôi về hƣớng nghiên cứu, tài liệu, phƣơng pháp làm việc trong
thời gian thực hiện bản luận án này. Tôi cũng xin chân thành cảm ơn tập thể công ty
“Cục tần Số Vô Tuyến Điện” đã đóng góp những ý kiến và tài liệu hết sức quý báu
để tôi hoàn thiện bản luận án này.
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh
10
Đồ án tốt nghiệp
Tính can nhiễu giữa các vệ tinh
CHƢƠNG I
TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN VỆ TINH
* Nội dung chính của chƣơng gồm:
+ Giới thiệu lịch sử phát triển và đặc điểm của thông tin vệ tinh
+ Dạng quỹ đạo và thông số vệ tinh
+ Phƣơng pháp truy nhập và phân bổ tần số
+ Dịch vụ khai thác
+ Định vị và duy trì
1.1. Giới thiệu
1.1.1. Lịch sử phát triển của thông tin vệ tinh
Vào cuối thế kỷ 19, nhà bác học Nga Tsiolkovsky (1857-1935) đã đƣa ra các
khái niệm cơ bản về tên lửa đẩy dùng nhiên liệu lỏng. Ông cũng đƣa ra ý
tƣởng về tên lửa đẩy nhiều tầng, các tàu vũ trụ có ngƣời điều khiển thăm dò
vũ trụ.
Năm 1926 Robert Hutchinson Goddard thử nghiệm thành công tên lửa đẩy
dung nhiên liệu lỏng.
Tháng 5 năm 1945 Arthur Clarke nhà vật lý nổi tiếng ngƣời Anh đồng thời là
tác giả của mô hình viễn tƣởng thông tin toàn cầu, đã đƣa ra ý tƣởng sử dụng
một hệ thống gồm 3 vệ tinh địa tĩnh dùng để phát thanh quảng bá trên toàn
thế giới.
Tháng 10 năm 1957 lần đầu tiên trên thế giới, Liên Xô phóng thành công vệ
tinh nhân tạo SPUTNIK – 1. Đánh dấu một kỷ nguyên về thông tin vệ tinh
(TTVT).
Năm 1958 bức điện đầu tiên đƣợc phát qua vệ tinh SCORE của Mỹ, bay ở
quỹ đạo thấp.
Năm 1963 một vệ tinh địa tĩnh đầu tiên có tên là SYNCOM, có độ cao bay
36000 km đã truyền hình trực tiếp thế vận hội Olympic Tokyo từ Nhật về
Mỹ.
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh
11
Đồ án tốt nghiệp
Tính can nhiễu giữa các vệ tinh
Năm 1964 thành lập tổ chức TTVT quốc tế INTELSAT.
Năm 1965 ra đời hệ thông TTVT thƣơng mại đầu tiên INTELSAT – 1 với
tên gọi Early Bird.
Năm 1965 Liên Xô phóng TTVT MOLNYA lên quỹ đạo elip.
Năm 1971 thành lập tổ chức TTVT quốc tế INTERSPUTNIK gồm Liên Xô
và 9 nƣớc XHCN.
Năm 1972 – 1976 Canada, Mỹ, Liên Xô, Indonexia sử dụng vệ tinh cho
thông tin nội địa.
Năm 1979 thành lập tổ chức thông tin hàng hải quốc tế qua vệ tinh
INMARSAT.
Năm 1984 Nhật Bản đƣa vào sử dụng hệ thống truyền hình trực tiếp qua vệ
tinh.
Năm 1987 thử nghiệm thành công vệ tinh phục vụ cho thông tin di động qua
vệ tinh.
Từ 1999 đến nay, ra đời ý tƣởng và hình thành hệ thống thông tin di động và
thông tin băng rộng toàn cầu sử dụng vệ tinh. Các hệ thống điển hình nhƣ
GLOBAL STAR, IRIDIUM, ICO, SKYBRIGDE, TELEDESIC.
Một số mốc đánh dấu sự phát triển của hệ thống TTVT ở Việt Nam:
Năm 1980 khánh thành trạm TTVT mặt đất HOASEN – 1 nằm trong hệ
thống TTVT INTERPUTNIK, đƣợc đặt tại làng DO LỄ - KIM BẢNG – HÀ
NAM.
Năm 1984 khánh thành trạm mặt đất HOASEN – 2 đặt tại TPHCM.
Tháng 8 năm 1994 Việt Nam gia nhập tổ chức INTELSAT.
Ngày 24/09/1998 Thủ Tƣớng Chính Phủ ra quyết định 868/QĐ-TTG về việc
thông qua báo cáo tiền khả thi dự án phóng vệ tinh viễn thông VINASAT
lên quỹ đạo địa tĩnh do VNPT làm chủ đầu tƣ.
Lúc 5h50 rạng sáng ngày 19/4, tên lửa Ariane 5 của Arianespace đã kết thúc
cuộc hành trình đƣa cùng lúc hai vệ tinh Star One C2 của Brazil và Vinasat-1
của Việt Nam vào quỹ đạo.
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh
12
Đồ án tốt nghiệp
Tính can nhiễu giữa các vệ tinh
1.1.2. Cấu trúc tổng thể của một đƣờng thông tin vệ tinh
Muốn thiết lập một đƣờng TTVT, trƣớc hết phải phóng một vệ tinh lên quỹ
đạo và có khả năng thu phát sóng vô tuyến điện. Vệ tinh có thể là vệ tinh thụ động,
chỉ phản xạ sóng vô tuyến một cách thụ động mà không khuếch đại và biến đổi tần
số. Hầu hết các vệ tinh hiện nay là vệ tinh tích cực. Vệ tinh sẽ thu tín hiệu từ trạm
mặt đất, (SES: Satellite Earth Station) biến đổi, khuếch đại và phát lại đến một hoặc
nhiều trạm mặt đất khác. Hình 1.1 chỉ ra một đƣờng thông tin qua vệ tinh giữa hai
trạm mặt đất.
Tín hiệu từ một trạm mặt đất đến vệ tinh, gọi là đƣờng lên (uplink), và tín
hiệu từ vệ tính đến trạm mặt đất gọi là đƣờng xuống (downlink). Thiết bị thông tin
trên vệ tinh bao gồm một số bộ phát đáp sẽ khuếch đại tín hiệu ở các băng tần nào
đó lên một công suất đủ lớn và phát trở về mặt đất.
Hình 1.1. Sơ đồ đường thông tin vệ tinh
1.1.3. Các đặc điểm của thông tin vệ tinh
TTVT là một trong những hệ thống truyền dẫn vô tuyến, sử dụng vệ tinh để
chuyển tiếp tín hiệu đến các trạm mặt đất. vì trạm chuyển tiếp có độ cao rât lớn nên
TTVT có những ƣu điểm so với các hệ thống viễn thông khác đó là:
1. Giá thành TTVT không phụ thuộc vào cự ly giữa 2 trạm. Giá thành nhƣ nhau
khi truyền ở cự ly 5000km và 100km.
2. Có khả năng thông tin quảng bá cũng nhƣ thông tin điểm nối điểm. Một vệ
tinh có thể phủ sóng cho một vùng rộng lớn trên mặt đất (vệ tinh đĩa tĩnh ở
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh
13
Đồ án tốt nghiệp
Tính can nhiễu giữa các vệ tinh
búp sóng toàn cầu có vùng phủ sóng chiếm 1/3 bề mặt trái đất), nhƣ vậy một
trạm mặt đất có thể thông tin với nhiều trạm mặt đất khác trong vùng phủ
sóng đó. Nếu có 3 vệ tinh địa tĩnh phóng lên ở 3 vị trí thích hợp thì sẽ phủ
sóng toàn cầu do đó các dịch vụ thông tin toàn cầu sẽ đƣợc thực hiện.
3. Có khả năng băng rộng. Các bộ lặp trên vệ tinh thƣờng là các thiết bị có băng
tần rộng, có thể thực hiện nhiều loại dịch vụ thông tin băng rộng cũng nhƣ
các dịch vụ khác. Độ rộng băng tần của mỗi bộ lặp (repeater) có thể lên đến
hàng chục MHZ. Mỗi bộ lặp có thể sử dụng cho 2 trạm mặt đất cho vùng phủ
sóng của vệ tinh. Các hệ thống thông tin trên mặt đất thƣờng giới hạn ở cự ly
gần (ví dụ nhƣ truyền hình nội hạt) hoặc cho các trung kế dung lƣợng nhỏ
giữa các thị trƣờng chính.
4. Ít chịu ảnh hƣởng bởi địa hình của mặt đất. Do độ cao bay lớn nên TTVT
không bị ảnh hƣởng bởi địa hình thiên nhiên nhƣ đồi núi, thành phố, sa mạc,
đại dƣơng. Sóng vô tuyến chuyển tiếp qua vệ tinh có thể truyền tới các vùng
xa xôi hẻo lánh, hải đảo. Bởi vậy thông tinh vệ tinh là phƣơng tiện thông tin
tốt nhất cho các vùng nông thôn và các vùng chƣa phát triển. TTVT có thể
cung cấp các loại dịnh vụ phổ thông cho cả thành phố, nông thôn cũng nhƣ
miền núi và hải đảo (ví dụ truyền hình, điện thoại dung lƣợng nhỏ). TTVT
đẩy nhanh sự phát triển nền công nghiệp và các phƣơng tiện xử lý số liệu ở
nông thôn.
TTVT là loại hình dịch vụ viễn thông có thể phục vụ cho cả vùng phát triển
và chƣa phát triển.
5. Dịch vụ TTVT có băng tần rộng và có thể truyền tới bất kỳ nơi nào trên thế
giới đã đƣa đến việc tìm ra các thị trƣờng mới cũng nhƣ mở rộng các thị
trƣờng dịch vụ hạ tầng và các đƣờng thông tin đã đƣợc sử dụng trên mặt đất.
Nhờ vệ tinh đã đẩy nhanh sự phát triển của các mạng truyền hình cáp, truyền
hình trả tiền (pay TV), các nhóm ngôn ngữ và dân tộc ( ethnic and language),
các nhóm tôn giáo, thể thao và các tin tức.
6. Các dịch vụ mới. Do những khả năng đặc biệt của thông tin vệ tinh nên đã
đƣa vào các khái niệm mới cho lĩnh vực viễn thông. Trƣớc khi có thông tin
vệ tinh (trƣớc năm 1958), hầu hết các dịch vụ viễn thông quốc tế đều sử dụng
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh
14
Đồ án tốt nghiệp
Tính can nhiễu giữa các vệ tinh
sóng ngắn phản xạ tầng điện ly. Thông tin này đã không đáp ứng đƣợc các
yêu cầu do chất lƣợng xấu,dung lƣợng thấp, băng tần hẹp, ngay cả khi công
nghệ của loại hình viễn thông này đạt tới mức giới hạn.
7. Các dịch vụ cá nhân của khách hàng. Các trạm mặt đất nhỏ với các anten
kích thƣớc bé có thể truy cập đến các cơ sở dữ liệu, các cơ quan bộ và các hệ
thống quản lý thông tin. Các trạm này có các thiết bị đầu cuối kích thƣớc rất
nhỏ, gọi là VSAT (very small aperture terminals). Các đầu cuối này thƣờng
đƣợc đặt tại nhà của khách hàng hay các khu vực có các yêu cầu dịch vụ phổ
thông với dung lƣợng nhỏ.
1.2. Các dạng quỹ đạo của vệ tinh
1.2.1. Các dạng quỹ đạo của vệ tinh
Có hai dạng quỹ đạo là quỹ đạo elip và quỹ đạo tròn.
Quỹ đạo elip chỉ có một dạng quỹ đạo elip cao (HEO) mà điển hình là vệ
tinh Molniya của Liên Xô (nên còn gọi là quỹ đạo Molniya), độ nghiêng của
mặt phẳng quỹ đạo so với mặt phẳng xích đạo là 65 độ, cận điểm là 1000 km
và viễn điểm là 39.400 km, chu kỳ quỹ đạo là 11gi58ph.
Dạng quỹ đạo tròn có thể có ba loại: quỹ đạo thấp (LEO) (500km < h <
10.000km), quỹ đạo trung bình (MEO) (10.000km < h < 20.000km), quỹ đạo
cao (HEO) hay quỹ đạo đồng bộ khi vệ tinh bay ở độ cao 35.768 km, lúc đó
chu kỳ bay của vệ tinh bằng chu kỳ tự quay của quả đất bằng 23gi56ph04s.
Trong quỹ đạo tròn lại có thể chia ra:
-
Quỹ đạo cực tròn, mặt phẳng quỹ đạo vuông góc với mặt phẳng xích
đạo, nghĩa là mỗi vòng bay của vệ tinh sẽ đi qua hai cực quả đất.
-
Quỹ đạo tròn nghiêng khi mặt phẳng quỹ đạo nghiêng một góc nào đó
so với mặt phẳng xích đạo.
-
Quỹ đạo xích đạo tròn, khi mặt phẳng quỹ đạo trùng với mặt phẳng
xích đạo. Trong quỹ đạo xích đạo tròn nếu chiều bay vệ tinh cùng chiều
với chiều quay quả đất và có chu kỳ bằng chu kỳ quay của quả đất gọi
là quỹ đạo địa tĩnh (GEO).
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh
15
Đồ án tốt nghiệp
Tính can nhiễu giữa các vệ tinh
Hình 1.2. Ba dạng quỹ đạo cơ bản của vệ tinh
Có thể tóm tắt các dạng quỹ đạo của vệ tinh bằng sơ đồ dƣới đây
Hình 1.3. Tóm tắt các dạng quỹ đạo của vệ tinh
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh
16
Đồ án tốt nghiệp
Tính can nhiễu giữa các vệ tinh
Từ các dạng quỹ đạo nêu trên thì vệ tinh địa tĩnh là vệ tinh sử dụng cho thông tin là
lý tƣởng nhất vì nó đứng yên khi quan sát từ một vị trí cố định trên mặt đất. nghĩa là
thông tin sẽ đƣợc đảm bảo liên tục, ổn định trong 24 giờ đối với các trạm nằm trong
vùng phủ sóng 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 địa tĩnh.
1.2.2. Các thông số chính của vệ tinh địa tĩnh
Để có một vệ tinh địa tĩnh phải có các điều kiện:
- Vệ tinh phải có chu kỳ bay bằng chu kỳ tự quay xunh quanh trục của quả đất,
chu kỳ đó theo giờ thiên văn là 23gi56ph04s hoặc 1436 phút.
- Mặt phẳng quỹ đạo vệ tinh trùng với mặt phẳng xích đạo, nghĩa là vệ tinh phải
bay ở quỹ đạo xích đạo tròn và bay cùng chiều quay của quả đất.
Với quỹ đạo địa tĩnh vệ tinh có các đặc điển sau:
- Bán kính bay của quỹ đạo là r =42.164 km
- Độ cao bay là h =42.164 km – 6378 km = 35.786 km.
- “Góc nhìn” từ vệ tinh xuống trái đất, là góc hợp bởi hai đƣờng thẳng nối từ
tâm vệ tinh và tiếp tuyến với mặt đất tại một điểm, nhƣ trên hình 1.4. =81độ3
- Vệ tinh chỉ “ nhìn thấy” các vĩ độ 81độ3 Bắc và Nam, với góc ngẩng bắng 0
độ. Nhƣ vậy ở các vĩ độ cao hơn 81độ3 Bắc va Nam là không “nhìn thấy” vệ tinh
địa tĩnh, có nghĩa là các vùng cực không thể thông tin qua vệ tinh địa tĩnh.
- Vùng “nhìn thấy” của vệ tinh trên mặt đất của một vệ tinh địa tĩnh sẽ là
khoảng 45% diện tích bề mặt trái đất.
Trong thực tế khi thông tin tới vệ tinh yêu cầu góc ngẩng của trạm mặt đất
phải lớn hơn 0độ, thƣờng 5 độ cho nên vùng thực tế có thể thông tin qua
một vệ tinh địa tĩnh là nhỏ hơn 45% diện tích trái đất. Bởi vậy phải có ít nhất
ba vệ tinh địa tĩnh mới phủ sóng toàn cầu, trong đó sẽ có những vùng hai vệ
tinh phủ sóng chồng lấn lên nhau, có nghĩa là các địa điểm đó có thể đồng
thời thông tin với hai vệ tinh, còn các vùng cực có vĩ độ khoảng 80 độ trở
lên không thông tin đƣợc qua vệ tinh địa tĩnh, nhƣ chỉ ra trên hình 1.12.
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh
17
Đồ án tốt nghiệp
Tính can nhiễu giữa các vệ tinh
Hình 1.4. “Góc nhìn” từ vệ tinh địa tĩnh
- Cự ly xa nhất từ vệ tinh đến điểm “nhìn thấy” trên mặt đất là 41.679 km,
tƣơng ứng với góc ngẩng bằng 0độ, cự ly ngắn nhất khi góc ngẩng là 90độ bằng độ
cao bay của vệ tinh là 35.786 km.
Thời gian trễ truyền sóng từ một trạm mặt đất đến vệ tinh bằng:
T = s/c, trong đó s là cự ly từ trạm mặt đất đến vệ tinh, c là vận tốc ánh sáng =
299.792 km/s. Khi s lớn nhất thời gian trễ là t = 41.679/299.792 = 0,139 s, thời gian
trễ ngắn nhất bằng 35.786/299.792 = 0,119 s.
Khi truyền tín hiệu thoại, thời gian trễ sẽ gây ảnh hƣởng tới cuộc đàm thoại
hai chiều. Khi một ngƣời hỏi và một ngƣời trả lời tín hiệu khi quay trở về
ngƣời hỏi sẽ phải đi một đoạn đƣờng bằng bốn lần s, tổng số thời gian trễ
tăng lên 4 lần, nghĩa là khoảng từ 0,447 s đến 0,556 s. Thời gian trễ cũng gây
ra hiện tƣợng hồi âm, bởi vậy phải có thiết bị đặc biệt khử hồi âm.
Chỉ cần 3 vệ tinh địa tĩnh có thể phủ sóng toàn cầu nhƣ chỉ ra trên hình 1.5.
Các thông số hình học đƣợc chỉ ra trên hình 1.6
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh
18
Đồ án tốt nghiệp
Tính can nhiễu giữa các vệ tinh
Hình 1.5. Vị trí 3 vệ tinh địa tĩnh phủ sóng toàn cầu
Hình 1.6. Các thông số hình học giữa trạm mặt đất và vệ tinh
1.3. Những vấn đề chung của thông tin vệ tinh
1.3.1. Các phƣơng pháp đa truy nhập vệ tinh
TTVT là hệ thống thông tin vô tuyến điểm đến đa điểm, nghĩa là một vệ tinh
có thể thông tin với nhiều trạm mặt đất, vì vậy phải sử dụng phƣơng pháp đa
truy nhập.
Hiện nay có 3 kỹ thuật đa truy nhập vệ tinh của các trạm mặt đất đƣợc ứng
dụng rộng rãi là:
- Đa truy nhập phân chia theo tần số - FDMA (Frequency Division Multiple
Acces)
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh
19
Đồ án tốt nghiệp
Tính can nhiễu giữa các vệ tinh
- Đa truy nhập phân chia theo thời gian – TDMA (Time Division Multiple
Acces)
- Đa truy nhập phân chia theo mã – CDMA ( Code Division Multiple
Acces)
Dựa trên các kỹ thuật cơ bản này, có thể tạo một hệ thống mạng lớn từ nhiều
hệ thống mạng con bằng cách phân định mỗi mạng con làm việc trên một
đoạn băng tần vệ tinh riêng rẽ và có đƣợc các kỹ thuật đa truy nhập ghép hỗn
hợp khác nhƣ:
- Đa truy nhập phân chia theo thời gian / Đa tần số - MF/TDMA (Multiple
Frequency)
- Đa truy nhập phân chia theo mã / Đa tần số -MF/CDMA
- Đa truy nhập phân chia theo pha mã – CPDMA (Code Phase Division
Multiple Acces)
- Đa truy nhập phân chia theo pha mã / Đa tần số - MF/CPDMA
Đặc điểm các kỹ thuật đa truy nhập vệ tinh:
a.FDMA
- FDMA là kỹ thuật đa truy nhập vệ tinh truyền thống và đƣợc sử dụng rộng rãi
từ lâu. Trong FDMA, mỗi kết nối sóng mang giữa các trạm mặt đất qua vệ tinh
đƣợc cấp phát ở một tần số khác nhau trên bộ phát đáp. Độ rộng băng thông cấp
phát cho một sóng mang đƣợc ấn định trƣớc tùy thuộc vào lƣu lƣợng kênh truyền và
phƣơng thức điều chế áp dụng. Đây là kỹ thuật đang đƣợc áp dụng cho nhiều mạng
TTVT hiện có ở quân đội ta.
- Các sóng mang có thể là SCPC (Đơn kênh trên một sóng mang) hoặc MCPC
(Đa kênh trên một sóng mang) hoặc là IDR (Sóng mang điều chế số). Một trạm đầu
cuối mặt đất có nhiều loại kênh dịch vụ nhƣ: thoại, số liệu,…đƣợc ghép lại thành
nguồn duy nhất theo phƣơng thức FDM (Ghép kênh phân chia theo tần số) hoặc
TDM (Ghép kênh phân chia theo thời gian). Phƣơng thức điều chế sóng mang phổ
biến thƣờng dùng là QPSK và mã sửa lỗi trƣớc (FEC) RSV (Reed-Solormon
Viterbi)
- Kỹ thuật FDMA đơn giản về cấu trúc, thiết bị rẻ tiền nhƣng số lƣợng thiết bị
trạm HUB sẽ rất lớn nếu mạng có nhiều trạm VSAT cùng kết nối. Hiệu quả sử dụng
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh
20
- Xem thêm -