Tài liệu Tổng quan hệ thống thông tin vệ tinh

Đồ án tốt nghiệp MỤC LỤC NỘI DUNG Trang THUẬT NGỮ VIẾT TẮT.......................................................................................... DANH MỤC BẢNG BIỂU........................................................................................ DANH MỤC HÌNH VẼ............................................................................................. LỜI NÓI ĐẦU............................................................................................................ 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 GVHD: ThS. Nguyễn Đình Luyện SVTH: Nguyễn Văn Đầy Đồ án tốt nghiệp 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 GVHD: ThS. Nguyễn Đình Luyện SVTH: Nguyễn Văn Đầy Đồ án tốt nghiệp 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 tinh 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 GVHD: ThS. Nguyễn Đình Luyện SVTH: Nguyễn Văn Đầy Đồ án tốt nghiệp 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 Chương 4: THIẾT KẾ KÊNH TRUYỀN DẪN THÔNG TIN QUA VỆ TINH. 76 4.1. Các thông số kỹ thuật...........................................................................................76 4.1.1. Tọa độ vệ tinh...............................................................................................76 4.1.2. Trạm mặt đất.................................................................................................76 4.2. Cơ sở thiết kế tuyến.............................................................................................79 4.2.1. Tính tuyến lên...............................................................................................79 4.2.1.1. Tuyến lên khi trời trong........................................................................79 4.2.1.2. Tuyến lên khi trời mưa.........................................................................80 4.2.2. Tính tuyến xuống..........................................................................................80 4.2.2.1. Tính tuyến xuống khi trời trong...........................................................80 4.2.2.2. Tính tuyến xuống khi trời mưa.............................................................81 4.2.3. Tính tuyến tổng.............................................................................................81 4.2.3.1. Lùi công suất ngõ vào và ngõ ra..........................................................81 4.2.3.2. Độ lợi công suất vệ tinh........................................................................82 4.2.3.3. Quan hệ giữa độ lợi, EIRP và mật độ thông lượng công suất bão hoà82 4.2.3.4. Thông số tuyến tổng.............................................................................83 4.3. Thiết kế tuyến truyền hình số vệ tinh VINASAT-1 132O E.................................85 4.3.1. Vị trí đặt trạm mặt đất...................................................................................85 GVHD: ThS. Nguyễn Đình Luyện SVTH: Nguyễn Văn Đầy Đồ án tốt nghiệp 4.3.2. Thiết kế tính toán tuyến lên băng Ku...........................................................85 4.3.2.1. Băng Ku khi trời trong..........................................................................85 4.3.2.2. Băng Ku khi trời mưa...........................................................................88 4.3.3. Thiết kế tính toán tuyến xuống băng Ku......................................................90 4.3.3.1. Băng Ku khi trời trong..........................................................................90 4.3.3.2. Băng Ku khi trời mưa...........................................................................92 4.4. Mô phỏng bài toán...............................................................................................93 4.4.1. Giao diện chương trình chính.......................................................................93 4.4.2. Thông tin về chương trình thiết kế...............................................................94 4.4.3. Giao diện chương trình tính toán và thiết kế đường truyền vệ tinh............94 4.5. Kết luận chương:..................................................................................................95 KẾT LUẬN.............................................................................................................96 TÀI LIỆU THAM KHẢO.....................................................................................97 PHỤ LỤC……………………………….……………...…………………….……… GVHD: ThS. Nguyễn Đình Luyện SVTH: Nguyễn Văn Đầy Đồ án tốt nghiệp THUẬT NGỮ VIẾT TẮT ARQ BB BER CDMA D D/C DEM DTH ES ETRP f/d FDMA FEC GPS HDTV HPA IF IP IPS ISDN ITU LNA LO PCM PSDN PSK RF SES TDMA Automatic Repeat Repuest Base Band Bit Error Rate Code Division Multiple Access Downlink Down Coverter Demodelation Direct To Home Elementary Stream Equivalent Isotropic Radiated Power focal/diameter Frequency Division Multiple Access Forward Error Conrection Global Positioning System High Definition Television High Power Amplifine Intermediate Frequency Internet Protocol Intrusion prevention system Integrated services Digital Network International Telecommunication Union Low Nosie Amplifier Local Oscillator Pulse Code Modulation Public switched data network Phase shift keying Radio Frequency Satellite Earth Station Time Division Multiple Access TNVN TTVT-QS GVHD: ThS. Nguyễn Đình Luyện Phát lại tự động Băng tần cơ bản Tỉ lệ lỗi bít Đa nhập cập phân chia theo mã Tuyến xuống Đổi tấn tuyến xuống Giải điều chế Phát trực tiếp đến trạm mặt đất Trạm mặt đất Công suất bức xạ đẳng hướng Tiêu cự/đường kính anten parabol Đa nhập cập phân chia theo tần số Sửa lỗi bên thu Hệ thống vệ tinh toàn cầu Truyền hình số độ phân giải cao Khuếch đại công suất cao Trung tần Giao thức mạng Chống xâm nhập hệ thống Mạng số đa dịch vụ tổng hợp Liên đoàn viễn thông quốc tế Khuếch đại tạp âm thấp Dao động nội Điều biến mã xung Mạng chuyển mạch số công cộng Khóa dịch pha Tần số vô tuyến Thu vệ tinh từ trạm mặt đất Đa nhập cập phân chia theo thời gian Tiếng nói Việt Nam Thông tin vệ tinh quân sự SVTH: Nguyễn Văn Đầy Đồ án tốt nghiệp TV U UPS V/C VLAN VoIP VSAT VSWR Television Uplink Uninterupted Power Supply Up Coverter virtual local area network Voice over Internet Protocol Very Small Aperture Truyền hình Tuyến xuống Nguồn điện không bao giờ ngắt Đổi tần tuyến xuống Mạng LAN ảo Đàm thoại qua internet Thiết bị đầu cuối kích thước nhỏ Terminals Voltage Standing Wave Radio Hệ số sóng đứng GVHD: ThS. Nguyễn Đình Luyện SVTH: Nguyễn Văn Đầy Đồ án tốt nghiệp DANH MỤC BẢNG BIỂU Số hiệu 1.1 2.1 2.2 Tên bảng Trang Quy định băng tần thông tin vệ tinh 5 Độ lợi anten với các đường kính khác nhau ở những băng tần chính Lượng mưa tương ứng với tổng thời gian suy giảm tín hiệu do 2.4 mưa trung bình trong năm Quan hệ giữa hệ số nhiễu và nhiệt độ nhiễu 4.1 Quan hệ a và a’ phụ thuộc vị trí trạm mặt đất và vệ tinh GVHD: ThS. Nguyễn Đình Luyện 33 43 48 78 SVTH: Nguyễn Văn Đầy Đồ án tốt nghiệp DANH MỤC HÌNH VẼ Số hiệu Tên hình vẽ Trang 1.1 Sơ đồ đường thông tin vệ tinh 1 1.2 Vệ tinh quỹ đạo thấp 3 1.3 Quỹ đạo vệ tinh địa tĩnh 3 1.4 Sự suy giảm của sóng vô tuyến trong không gian 5 1.5 Sơ đồ qũy đạo Holmonn 9 1.6 Hệ thống thông tin vệ tinh 10 1.7 Cấu trúc cơ bản của vệ tinh 10 1.8 Sơ đồ khối chức năng của vệ tinh 10 1.9 Sơ đồ khối chức năng trạm mặt đất Băng thông sóng mang truyền dẫn theo kỹ thuật truy nhập 12 1.10 1.11 1.12 FDMA Băng thông sóng mang truyền dẫn theo kỹ thuật truy nhập TDMA Băng thông sóng mang truyền dẫn theo kỹ thuật truy nhập 14 14 15 1.13 CDMA Các dịch vụ qua vệ tinh 2.1 Cấu hình hệ thống thông tin vệ tinh địa tĩnh 20 2.2 Sơ đồ cấu tạo bộ phát đáp 23 2.3 Sơ đồ bộ thu băng rộng 24 2.4 Cấu hình trạm mặt đất 26 2.5 Độ rộng búp sóng anten trạm mặt đất θ3dB ≤ 1,6O 28 2.6 Các loại anten dùng trong truyền hình vệ tinh 29 2.7 Cấu trúc của anten parabol đối xứng 29 2.8 Tín hiệu phản xạ trên bề mặt anten 30 2.9 Quan hệ giữa mức năng lượng ở rìa chảo và tỉ số f/D 30 2.10 Góc bức xạ của anten, beam width 3dB 31 2.11 Mô tả quan hệ G, D và   3 dB của anten parabol đối xứng 33 GVHD: ThS. Nguyễn Đình Luyện 16 SVTH: Nguyễn Văn Đầy Đồ án tốt nghiệp 2.12 Các thành phần của một chuỗi truyền dẫn số qua vệ tinh 35 2.13 Nguyên lý truyền dẫn bảo mật 37 2.14 Nguyên lý của mã hoá kênh 38 2.15 Mô tả anten đẳng hướng 39 2.16 Anten thực bức xạ vùng A 40 2.17 Tính mức công suất thu 40 2.18 Tính suy hao thu phát 41 2.19 Suy hao do anten thu phát lệnh nhau 42 2.20 Lượng mưa trung bình (mm/h) của các vùng trên thế giới 43 2.21 Tính suy giảm do mưa của CCIR Lượng mưa R0.01 (mm/h) vượt quá 0.01% của một năm 44 2.22 2.23 trung bình Toán đồ xác định suy hao trên một đơn vị chiều dài trong mưa 45 46 2.24 γR (dB/Km) Mật độ phổ công suất nhiễu N0 2.25 Xác định giá trị công suất nhiễu 47 2.26 Nhiệt độ nhiễu của hệ thống 49 2.27 Công suất nhiễu của hệ thống các mạch mắc nối tiếp 50 2.28 Nhiễu nhiệt mặt đất khi trời trong và khi mưa 50 2.29 Nhiễu từ bầu trời và mặt đất đến anten 50 2.30 Nhiệt độ nhiễu trên hệ thống thu 51 3.1 Vệ tinh VINASAT-1 59 3.2 Tầm bao phủ của sóng băng tần C 60 3.3 Tầm bao phủ của sóng băng tần Ku 60 3.4 Trung tâm điều khiển vệ tinh VINASAT-1 Quế Dương 61 3.5 Sơ đồ tổ chức mạng mặt đất TTVT-QS 64 3.6 Mô hình cung cấp dịch vụ internet qua vệ tinh 68 3.7 3.8 Sơ đồ truyền hình hội nghị Các thành phần chính cho cơ sở hạ tầng mạng di động qua vệ 70 70 GVHD: ThS. Nguyễn Đình Luyện 47 SVTH: Nguyễn Văn Đầy Đồ án tốt nghiệp tinh 3.9 Sơ đồ VoIP và PSTP 71 3.10 Mô hình mạng doanh nghiệp 72 3.11 Sơ đồ phát hình MPEG-4 72 3.12 Mô hình dịch vụ đào tạo từ xa 73 4.1 Mức tín hiệu trên vệ tinh 76 4.2 Góc mở vệ tinh nhìn về trái đất 76 4.3 Các góc của anten trạm mặt đất 77 4.4 Góc ngẩng e và góc phương vị a 77 4.5 Góc ngẩng e và một nửa góc mở vệ tinh 0 77 4.6 Mô tả tuyến lên (Uplink) 79 4.7 Mô tả tuyến xuống (Downlink) 80 4.8 Quan hệ công suất vào và ra đến bão hòa 81 4.9 Đặc tính chuyển đổi công suất của bộ phát đáp vệ tinh 82 4.10 Tuyến tổng 83 4.11 Các mức công suất ở tuyến lên Ku Quy Nhơn 88 4.12 Các mức công suất ở tuyến xuống Ku Quy Nhơn 92 GVHD: ThS. Nguyễn Đình Luyện SVTH: Nguyễn Văn Đầy Đồ án tốt nghiệp LỜI NÓI ĐẦU Thông tin vệ tinh chỉ mới xuất hiệu trong hơn bốn thập kỹ qua nhưng đã phát triển rất nhanh chóng trên thế giới cũng như trong nước ta, mở ra cho một thời kỳ mới cho sự phát triển trong mọi lĩnh vực khoa học cũng như đời sống nói chung và đặc biệt ngành viễn thông nói riêng. Ngày nay chúng ta đang sống trong một thế giới của thông tin, nhu cầu thông tin giữa con người với con người ngày càng lớn thuận lợi hơn và hoàn hảo hơn nhờ vào các hệ thống truyền tin đa dạng như hệ thống thông tin vô tuyến hay hệ thống thông 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 và thời gian giúp con người gần gũi nhau hơn mặc dù quãng đường rất xa, giúp con người cảm nhận cảm nhận được cuộc sống hiện tại của thế giới xung quanh, thông tin qua vệ tinh không chỉ có ý nghĩa truyền dẫn đối với quốc gia, khu vực còn mang tính xuyên lục địa như vệ tinh toàn cầu. Nhờ có vệ tinh mà quá trình truyền thông tin diễn ra giữa các châu lục trở nên tiện lợi và nhanh chóng thông qua nhiều loại hình dịch vụ khác nhau. 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 VINASAT-1, Việt Nam đã thuê vệ tinh của các nước khu vực để phục vụ cho nhu cầu thông tin. Vệ tinh VINASAT-1 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. VINASAT-1 đang vận hành và khai thác tốt, sử dụng gần hết công suất và Việt Nam đã có dự án VINASAT-2 sẽ được GVHD: ThS. Nguyễn Đình Luyện SVTH: Nguyễn Văn Đầy Đồ án tốt nghiệp phóng và đưa vào sử dụng trong vài năm tới. Do đó việc hiểu biết về thông tin vệ tinh là cần thiết. Từ những vấn đề đó mà đề tài chỉ đi sâu nghiên cứu khảo sát về hệ thống thông tin vô tuyến mà cụ thể là hệ thống thông tin vệ tinh. Phần nội dung của đề tài được phân bố gồm 4 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. Chương 4: Thiết kế kênh truyền dẫn thông tin qua vệ tinh. Ngoài ra còn có một phần phụ lục để bổ sung nội dung cho một số vấn đề cần được làm sáng tỏ trong phần nội dung của đề tài. Thông tin vệ tinh là một lĩnh vực khoa học kỹ thuật cao, việc tìm hiểu nghiên cứu đòi hỏi phải có thời gian, kinh nghiệm và một kiến thức sâu rộng. Do đó, chắc chắn đồ án không thể tránh khỏi những thiếu sót, cần được xem xét thấu đáo hơn. Em xin chân thành cảm ơn tất cả các ý kiến đóng góp của các thầy cô và toàn thể các bạn để đồ án được hoàn chỉnh hơn. Xin chân thành cảm ơn thầy giáo ThS. Nguyễn Đình Luyện đã tạo mọi điều kiện và tận tình hướng dẫn em trong suốt thời gian thực hiện đồ án. Xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo Khoa Kỹ thuật & Công nghệ, trường Đại học Quy Nhơn đã tạo điều kiện thuận lợi, giúp đỡ em trong suốt thời gian học tập tại trường. Quy Nhơn, ngày 9 tháng 10 năm 2010 Sinh viên thực hiện Nguyễn Văn Đầy GVHD: ThS. Nguyễn Đình Luyện SVTH: Nguyễn Văn Đầy Đồ án tốt nghiệp Trang 1 Chương 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG VỆ THÔNG TIN VỆ TINH 1.1. Giới thiệu tổng quan về thông tin vệ tinh 1.1.1. Lịch sử phát triển hệ thống thông tin vệ tinh quốc tế - Tháng 10 năm 1957 lần đầu tiên trên thể giới, Liên Xô phóng thành công vệ tinh nhân tạo SPUTNIK-1. Đánh dấu một kỷ nguyên về thông tin vệ tinh. - Năm 1958 bức điện đầu tiên được phát qua vệ tinh SOCRE của Mỹ, bay ở vĩ đạo thấp. - Năm 1964 thành lập tổ chức thông tin vệ tinh quốc tế INTELSAT. - Cuối năm 1965 Liên Xô phóng thông tin vệ tinh MOLNYA lên quỹ đạo elip. - Năm 1971 thành lập tổ chức thông tin vệ tinh quốc tế INTERSPTNIK gồm Liên Xô và 9 nước XHCN. - Năm 1927-1976 Canada, Mỹ, Liên Xô và Indonnesia sử dụng vệ tinh chi thông tin nội địa. - Năm 1979 thành lập tổ chức thông tin hành hải quốc tế qua vệ tinh INMARSAT. - Năm 1984 Nhật Bản đưa vào sử dụng hệ thống truyền hình trực tuyến qua vệ tinh. - Năm 1987 thử nghiệm thành công vệ tin phục vụ cho thông tin di động qua vệ tinh. - Thời kỳ những năm 1999 đến nay, ý tưởng và hình thành những hệ thống thông tin di động và băng thông rộng toàn cầu sử dụng vệ tinh. 1.1.2. Cấu trúc tổng thể và nguyên lý thông tin vệ tinh Vệ tinh Tuyến xuống Tuyến lên Trạm mặt đất Trạm mặt đất Hình 1.1: Sơ đồ đường thông tin vệ tinh GVHD: ThS. Nguyễn Đình Luyện SVTH: Nguyễn Văn Đầy Đồ án tốt nghiệp Trang 2 Muốn thiết lập một đường thông tin vệ tinh, trước hết phải phóng một vệ tinh lên qũy đạo và có khả năng thu sóng vô tuyến điện.Về tinh có thể là vệ tinh thụ động, chỉ phản xạ sóng vô tuyến một cách thu động và không khuếch đại và biến đổi tàn số. Hầu hết các vệ tinh thông tin 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. Tín hiệu từ trạm mặt đất vệ tinh, gọi là đường lên (uplink) và tín hiệu từ trạm mặt từ vệ tinh về một trạm mặt đất khác đường xuống (downlink). Thiết bị thông tin qua vệ tin 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 về mặt đất. 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 vô tuyến điện nhận được từ các trạm mặt đất và phát lại sóng vô tuyến điện đến các trạm mặt đất khác. Do vệ tinh chuyển động khác nhau khi quan sát từ mặt đất, phụ thuộc vào quỹ đạo 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 ta thương phân vệ tinh thành hai loại: + Vệ tinh quỹ đạo thấp: là vệ tinh chuyển động liên tục so với mặt đất, thời gian cần thiết cho vệ tinh để chuyển động xung quanh quỹ đạo của nó khác với chu kỳ quay của quả đất (loại vệ tinh này được ứng dụng trong việc nghiên cứu khoa học, quân sự, khí tượng thủy văn, thông tin di động, …) GVHD: ThS. Nguyễn Đình Luyện SVTH: Nguyễn Văn Đầy Đồ án tốt nghiệp Trang 3 Quỹ đạo elip 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.  Nhược điểm:  Mỗi trạm phải có ít nhất hai anten và anten phải có cơ cấu điền chỉnh chùm 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 phù họp 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 khoảng 36.000 km so với đường kính quỹ đạo. Vệ tinh này bay xung quanh trái đất 1 vòng mất 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 GVHD: ThS. Nguyễn Đình Luyện SVTH: Nguyễn Văn Đầy Đồ án tốt nghiệp Trang 4  Ưu điểm:  Hiệu ứng Dopler rất nhỏ do đó việc điêu chỉnh anten trạm mặt đất là không cấn thiết.  Vệ tinh coi như đứng yêu so với trạm mặt đất. Do vậy đây là quỹ đạo lý tương cho các vệ tinh thông tin, nó đảm bảo thông tin ownr định và liên tục suốt 24 giờ trong ngày.  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 có thể phủ sóng toàn cầu.  Nhược điểm:  Quỹ đạo địa tĩnh là quỹ đạo duy nhất tồn tại trong vũ trụ và được coi là một tài nguyên thiên nhiên co hạn. Tài nguyên này đang cạn kiệt do số lượng vệ tinh của các nước phóng lên ngày càng nhiều. Không phủ sóng được những vùng có vĩ độ lớn hơn 81,3 0. Chất lượng đường truyền 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) Từ: trạm – vệ tinh – trạm (143.000Km)  513ms.  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 thông tin cho các vùng co vĩ độ nhỏ hơn 81,3 0. Là loại vệ tinh được sử dụng phổ biến nhất, 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 trái đất. Nghĩa là thông tin sẽ được bảo đảm liên lục, ổn định trong 24 giờ với các trạm nằm trong vùng phủ sóng của vệ tinh mà không cần chuyển đổi sang một vệ tinh GVHD: ThS. Nguyễn Đình Luyện SVTH: Nguyễn Văn Đầy Đồ án tốt nghiệp Trang 5 khác. Bởi vậy hầu hết các hệ thống thông tin vệ tinh cố định đều sử dụng vệ tinh địa tĩnh. GVHD: ThS. Nguyễn Đình Luyện SVTH: Nguyễn Văn Đầy Đồ án tốt nghiệp Trang 6 Attenuation Coefficient (dB/Km) 1.1.3.2. Phân chia dải tần cho thông tin vệ tinh 20 O2 (a) Ionospheric scintillation Nhiễu tầng ion 10 Hình(a)1.4: Sự suy giảm của sóng vô tuyến trong không gian 3 (b) Rain attenuation Hình trên 2cho thấy sóng điện từ ở(b)tần số thấp bị hấp thụ năng Suy giảm do mưalượng mạnh khi Radio Window (c) Atmospheric gases truyền qua tầng 1 điện li (đặc biệt là mây từ) và ở tần số cao (lớn hơn 10Ghz) bị suy Nhiễu khí quyển 0.5 hao đáng kể khi truyền qua lớp khí quyển (mây mù(d) vàTropospheric đặc biệt làscintillation mưa). Chỉ có dải (d) H 2O (c) Nhiễu tầng đối lưu 0.2 tần từ 1-10 GHz là có suy hao tương đối thấp nên được chọn sử dụng trong thông 0.1 Frequency (Ghz) tin vệ tinh, ta gọi sổ 0.2 khoảng 0.5 1 tần 2 số 5này10là cửa 20 30 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 GVHD: ThS. Nguyễn Đình Luyện SVTH: Nguyễn Văn Đầy Đồ án tốt nghiệp Trang 7 Đối với thông tin vệ tinh Quốc tế, độ tin cậy là rất quan trọng. Do đó việc lựa chọn 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 khu vực. 1.1.3.3. Ưu, nhược điểm của thông tin liên lạc qua vệ tinh: - Ưu điểm: Thông tin vệ tinh là một trong những hệ thống truyền dẫn vô tuyến, sử dụng vệ tinh để chuyển tiếp tín hiệu đến các trạm trên mặt đất. Vì trạm chuyển tiếp vệ tinh có độ cao rất lớn nên thông tin vệ tinh có những ưu điểm so với các hệ thống viễn thông khác đó là: + Giá thành thông tin vệ tinh không phục thuộc vào cự ly giữa hai trạm. Giá thành như nhau khi truyền ở cư ly 5000 km và 100 km. Có khả năng thiết lập nhanh đường truyền giữa các điểm trên mặt đất với cự ly xa địa hình phức tạp nằm trong vùng phủ sóng của vệ tinh, đều này các truyền dẫn thông thường khó có thể thực hiện được. + 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 sóng toàn cầu có vùng phủ sóng chiếm 1/3 bề mặt trái đất), như 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 ba vị trí thích hợp thì sẽ phủ sóng toàn cầu do đó các dịch vụ thông tin toàn cầu sẽ được thực hiện. + Có khả năng băng rộng: Các bộ lặp trên vệ tinh thường là các thiết bị băng tần rộng, có thể thực hiện nhiều dịch vụ băng rộng cũng như các dịch vụ khác. Độ rộng băng 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 hệ thống thông tin trên mặt đất thường giới hạn ở cư ly gần (ví dụ như truyền hình nội hạt) hoặc cho các trung kế dung lượng nhỏ giữa các thị trường chính. GVHD: ThS. Nguyễn Đình Luyện SVTH: Nguyễn Văn Đầy