Kỹ thuật thông tin vệ tinh và thiết kế trạm mặt đất

- Lấ ANH TUẤN KỸ THUẬT THễNG TIN VỆ TINH VÀ THIẾT KẾ TRẠM MẶT ĐẤT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ VIỄN THễNG Hà Nội – 2004 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI.
- Lấ ANH TUẤN KỸ THUẬT THễNG TIN VỆ TINH VÀ THIẾT KẾ TRẠM MẶT ĐẤT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ VIỄN THễNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS.
- ĐỖ HOÀNG TIẾN Hà Nội - 2004 1 Lời nói đầu Công nghệ thông tin vệ tinh đóng một vai trò rất quan trọng trong thông tin liên lạc.
- Thông tin vệ tinh đảm bảo các kết nối giữa các lục địa, các quốc gia trong khu vực các vùng trong một quốc gia.
- Thông tin vệ tinh rất đa dạng về loại hình dịch vụ cung cấp (thoại, dữ liệu, hình ảnh, phát thanh- truyền hình, thông tin di động, định vị dẫn đ-ờng, khí t-ợng.
- Một tuyến liên lạc vệ tinh có thể cung cấp dung l-ợng lớn có thể thay đổi theo nhu cầu với độ tin cậy cao, việc thiết lập tuyến cũng nhanh chóng.
- Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin quang thì thông tin quang và thông tin vệ tinh trở thành hai ph-ơng thức chính đảm bảo các kết nối khu vực và quốc tế.
- Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ vi điện tử số, giá thành các thiết bị đầu cuối thông tin giảm trong khi các tính năng thì ngày càng đ-ợc bổ xung và hoàn thiện.
- Các nhà sản xuất trên thế giới đang nỗ lực sản xuất các thiết bị thu phát tín hiệu vệ tinh cho gia đình có giá thành d-ới 300USD phục vụ cho các dịch vụ DTH (Direct to Home) t-ơng tác hai chiều.
- Đây sẽ là một trong những h-ớng phát triển chính của dịch vụ thông tin vệ tinh trong thế kỷ 21 này bên cạnh các dịch vụ truyền thống.
- Đỗ Hoàng Tiến tôi đã thực hiện luận văn với đề tài “Kỹ thuật thông tin vệ tinh và thiết kế trạm mặt đất”.
- Bản luận văn này đề cập các kiến thức cơ bản của thông tin vệ tinh và thiết kế một trạm vệ tinh mặt đất cho Công ty Viễn thông Quân đội (Viettelsat-1).
- Nội dung của luận văn gồm: 2 Ch-ơng 1: Tổng quan về hệ thống thông tin vệ tinh.
- Ch-ơng 2: Một số ph-ơng pháp điều chế số dùng trong thông tin vệ tinh.
- Ch-ơng 5: Thiết kế trạm vệ tinh mặt đất Viettelsat-1.
- Hà nội, ngày tháng năm 2004 Ng-ời viết Lê Anh Tuấn 3 Ch-ơng 1 Tổng quan về hệ thống thông tin vệ tinh 1.1.
- Tại sao lại sử dụng thông tin vệ tinh: Thông tin là một nhu cầu cơ bản của một xã hội phát triển.
- Có nhiều ph-ơng thức truyền thông tin : hữu tuyến ( cáp đồng trục, cáp quang.
- vô tuyến ( vi ba, vệ tinh.
- Việc chọn ph-ơng thức truyền thông tin phụ thuộc vào loại dịch vụ, giá thành, độ tin cậy yêu cầu.
- Cùng với sự phát triển của công nghệ chế tạo, phóng vệ tinh, các thiết bị viễn thông...phạm vi sử dụng vệ tinh ngày càng mở rộng sang nhiều lĩnh vực: truyền số liệu, truyền hình, thông tin di động, định vị dẫn đ-ờng.
- Thông tin vệ tinh có những đặc điểm sau.
- Vùng phủ sóng lớn: với 3 vệ tinh địa tĩnh có thể phủ sóng toàn cầu.
- Dung l-ợng thông tin lớn: do có băng tần công tác rộng và áp dụng kỹ thuật sử dụng lại băng tần.
- Độ tin cậy thông tin cao: tuyến thông tin chỉ có 3 trạm hai trạm đầu cuối mặt đất, vệ tinh đóng vai trò nh- trạm lặp xác suất lỗi do khí quyển và do fading là không đáng kể.
- Tính linh hoạt cao: hệ thông thông tin đ-ợc thiết lập nhanh chóng trong điều kiện các trạm ở mặt đất ở rất xa nhau, dung l-ợng thông tin có thể thay đổi theo yêu cầu.
- Đa dạng về loại dịch vụ : có rất nhiều loại dịch vụ nh.
- Dịch vụ thoại, fax, telex cố định.
- Dịch vụ phát thanh truyền hình quảng bá.
- Dịch vụ định vị dẫn đ-ờng, cứu hộ.
- Dịch vụ thông tin di động.
- Dịch vụ khôi phục cáp.
- Quỹ đạo vệ tinh Có ba loại quỹ đạo sau.
- Đây là quỹ đạo mà vệ tinh nằm tại một điểm t-ơng đối so với mặt đất.
- Vệ tinh có chu kỳ quay của trái đất.
- Vệ tinh địa tĩnh có độ cao khoảng 36.000km trên đ-ờng xích đạo.
- H-ớng quay của vệ tinh trùng với h-ớng quay của quả đất.
- Vị trí cố định của vệ tinh trên quỹ đạo địa tĩnh đ-ợc gọi là vị trí quỹ đạo.
- Vị trí này đ-ợc xác định bằng kinh tuyến chứa vệ tinh.
- Các vệ tinh của một quốc gia phải đ-ợc xác lập trên một cung quỹ đạo theo sự phân chia của chuẩn quốc tế.
- Vị trí quỹ đạo của từng vệ tinh đ-ợc xác lập theo quy định của quốc gia.
- Đây là quỹ đạo đ-ợc sử dụng thành công bởi hệ thông Intersputnik cho hệ thông viễn thông của Liên Xô cũ.
- Chu kỳ quay của vệ tinh là 12h, trong đó 8h vệ tinh chuyển động chậm, trong thời gian này vệ tinh sẽ phủ sóng cho miền cực của trái đất.
- Đặc điểm của quỹ đạo này là do chuyển động t-ơng đối của vệ tinh ở xa là rất nhỏ nên có thể thu đ-ợc tín hiệu liên tục với anten thu cố định, trong khi đó anten trên vệ tinh phải đ-ợc điều chỉnh theo sự chuyển động của vệ tinh.
- Đây là quỹ đạo chỉ tồn tại trên lý thuyết, thực tế trong viễn thông không sử dụng quỹ đạo này do khó khăn về mặt kỹ thuật, kinh tế.
- 5 Quỹ đạo nghiêng elipQuỹ đạo cực trònQuỹ đạo địa tĩnhSatelliteSatelliteSatellite Hình 1.1: Quỹ đạo của vệ tinh.
- 1.3 Vùng phủ sóng của vệ tinh: Vì bề mặt của trái đất có diện tích 2/3 là n-ớc nên việc phủ sóng toàn cầu không đáp ứng tốt cho các dịch vụ của các trạm mặt đất.
- Mặt khác giới hạn vùng phủ sóng lên các vùng dịch vụ có thể sử dụng lại tần số phân chia theo không gian.
- hai búp sóng không chồng lấn lên nhau có thể sử dụng cùng một tần số mà can nhiễu lên nhau giảm.
- 1.3.1.Phạm vi phủ sóng: Hiện nay trong kỹ thuật vệ tinh sử dụng các phạm vi phủ sóng sau: Phủ sóng cục bộ: Phủ sóng cục bộ bao gồm truyền dẫn trong 1 vùng xác định( trong một thành phố hoặc một vùng) cung cấp các dịch vụ phân phối địa ph-ơng nhằm đáp ứng yêu cầu của khách hàng trong thành phố, hay trong một vùng.
- Chùm sóng của vệ tinh có độ tăng ích định h-ớng cao trong những vùng phủ sóng đặc biệt.
- Các chùm sóng đ-ợc tối -u hoá cho dung l-ợng cao nhất của hệ thống và hoạt động cho các nội dung dịch vụ miền Phủ sóng vùng: 6 Sự phân chia phủ sóng vùng dựa trên cơ sở ngôn ngữ hay địa lý (đất n-ớc).
- Phủ sóng vùng tạo ra để phát xạ năng l-ợng cho khách hàng nhằm đáp ứng các nhu cầu về ngôn ngữ và các vấn đề về chính trị ( sự đồng sắp xếp tần số, sự giới hạn nội dung) chùm sóng vùng cung cấp khả năng định h-ớng cao có thể đ-ợc sử dụng để tăng hiệu suất năng l-ợng của vệ tinh hay giảm chi phí của hệ thống trên mặt đất.
- Phủ sóng toàn cầu : Vệ tinh phủ sóng toàn cầu cung cấp khả năng truyền dẫn trong vùng đ-ợc tạo nên bởi nhiều miền (ngôn ngữ, chính trị) hay nhiều đất n-ớc ví dụ: vùng bao phủ của Pan European cung cấp cùng 1 nội dung dịch vụ cho tất cả các khách hàng ở nhiều đất n-ớc khác nhau trong Châu âu.
- Việc sử dụng nhiều chùm sóng bao phủ cũng có thể làm cho hiệu quả của hệ thống tăng lên.
- Một ví dụ cho các chùm của vệ tinh Pan European đ-ợc chỉ ra trong hình 1.2: Hình 1.2: Vùng phủ sóng của vệ tinh Pan European 7 1.3.2.
- Tăng c-ờng dung l-ợng của vệ tinh: Khả năng của hệ thống vệ tinh đ-ợc tăng c-ờng bằng cách sử dụng băng thông khả dụng cao hơn tại các băng tần cao hơn (Ka, V) và thực hiện sử dụng lại tần số bao gồm tối -u hoá, đa dạng hoá các kế hoạch kênh truyền dẫn.
- Số l-ợng và sự phức tạp của việc thực hiện các bộ phát đáp trên vệ tinh giới hạn sự tăng c-ờng dung l-ợng kênh truyền hệ thống.
- Số l-ợng lớn nhất của các bộ phát đáp bị giới hạn bởi các khả năng(khối l-ợng, công suất, cỡ của vệ tinh) của loại tàu vũ trụ sử dụng để phóng vệ tinh.
- Sử dụng lại tần số: Dung l-ợng của hệ thống sẽ tăng lên bằng cách sử dụng lại phổ tần cho phép nhờ tối -u hoá việc phân định tần số và việc phân cực trên tuyến liên lạc.
- Các tần số đ-ợc sử dụng lại trong hệ thống cho vùng Châu á Thái Bình D-ơng đ-ợc minh hoạ trong hình 1.3.
- Ví dụ 1 hệ thống sử dụng phân cực đôi và gồm 50 chùm điểm lúc đó băng thông hiệu dụng thực chất đ-ợc tăng lên.
- Sử dụng lại tần số 8 đ-ợc tạo ra 310 bộ phát đáp t-ơng ứng (36 MHz) gấp 10 lần khả năng bộ phát đáp trong vệ tinh sử dụng một chùm sóng đơn .
- Ví dụ :Bằng cách kết hợp ph-ơng pháp trên cho 1 vệ tinh( Sử dụng lại và đa dạng hoá tần số.
- dung l-ợng của hệ thống có thể tăng trên sử dụng cùng 1 khe tần số chỉ định mà không cần thay đổi bất kì thiết bị mặt đất nào.
- Sự tăng dung l-ợng thực sự của hệ thống phụ thuộc vào khả năng của phần tải trọng không gian vệ tinh để cài đặt các phần cứng và cung cấp công suất hoạt động.
- Băng tần của vệ tinh: Để thực hiện đ-ợc liên lạc giữa mặt đất và vệ tinh thì các sóng mang phải có tần số cao hơn tần số giới hạn xuyên qua tầng điện ly.
- Thông tin vệ tinh cũng là một dạng truyền sóng trong không gian tự do.
- Ng-ời ta chọn các dải tần trong khoảng 1 đến 30GHz để đảm bảo thông tin vệ tinh.
- Tần số phân phối cho một loại dịch vụ nào đó có thể phụ thuộc vào khu vực.
- Trong một khu vực một dịch vụ có thể đ-ợc 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 sau.
- tuyến xuống khoảng 1,5GHz dùng cho thông tin di động vệ tinh.
- Băng này đ-ợc sử dụng bởi hệ thống Intelsat và các vệ tinh nội hạt: Westar, Satcom, Comstar (Mỹ), Anik (Canada), STW và Chinasat (Trung Quốc), Palapa (Indonexia), Telecom1(Pháp) và CS2(Nhật.
- tuyến xuống: 7,25 đến 7,75GHz Dùng cho các vệ tinh thông tin của quân đội và chính phủ.
- tuyến xuống: 10,95 đến 11,2GHz hoặc 11,45 đến 11,7 Dùng trong các vệ tinh Intelsat, Eutelsat và các vệ tinh Nga.
- tuyến xuống 11,7 đến 12,2GHz hoặc 12,5 đến 12,75GHz Dùng trong các vệ tinh Intelsat, Eutelsat và các vệ tinh nội hạt của Mỹ, Canada và Pháp - Băng Ka: -Tuyến lên 27,5 đến 31GHz tuyến xuống 17,7 đến 21,2GHz.
- Mỗi trạm vệ tinh đ-ợc phân phối cho một băng tần nhất định.
- Trong thông tin vệ tin ng-ời ta th-ờng phân biệt các khái niệm băng tần nh- sau: Băng tần chiếm dụng(Occupied Bandwidth) BOCC, Băng tần danh định (Allocated Bandwidth) BALL, Băng tần tạp âm (Noise Bandwidth) BN, Băng tần phân tích (Resolution Bandwidth) BRES và băng tần công suất t-ơng đ-ơng (Equivalent Power Bandwidth) BEqP.
- Băng tần danh định BALL là băng tần thực sự mà vệ tinh cung cấp cho trạm mặt đất.
- Độ rộng dải tần BALL đ-ợc vệ tinh cung cấp cho các trạm mặt đất theo yêu cầu của từng trạm nh-ng bao giờ cũng phải bằng số lẻ lần của b-ớc 22,5KHz.
- Các ph-ơng pháp truy nhập vào vệ tinh: 1.5.1.
- Trong ph-ơng thức TDMA, mỗi một trạm mặt đất đ-ợc thiết kế sử dụng một khe thời gian riêng biệt ( dành riêng cho nó ) để phát l-u l-ợng 13 thông tin của mình d-ới dạng chuỗi bít số nằm trong một luồng bít số gọi là burst tín hiệu.
- Để phân biệt, mỗi một trạm mặt đất có một mã riêng, mã này đ-ợc sử dụng để mã hóa tín hiệu của chúng.
- Trung tâm này có một số bộ thu mà chúng chỉ có thể khôi phục lại thông tin sử dụng mã thích hợp.
- Ph-ơng pháp truy nhập phân chia theo yêu cầu (DAMA) Hệ thống sử dụng ph-ơng thức này có độ linh hoạt cao, sử dụng Transponder trên vệ tinh có hiệu quả, đặc biệt với những vùng có dung l-ợng thấp.
- Hệ thống truyền dung l-ợng thoại bằng việc phân định kênh cho mỗi cuộc gọi khi có nhu cầu tức là kênh thông tin chỉ đ-ợc thiết lập giữa hai trạm mặt đất trong thời gian thông tin với nhau.
- Hệ thống có khả năng kết nối nội bộ với cấu hình dạng hoàn toàn l-ới, một số thuê bao trong một vùng dịch vụ của một trạm mặt đất nào đó qua các kênh vệ tinh để thiết lập đ-ờng thông với các vùng dịch vụ của các trạm mặt đất khác.DAMA có nhiều ứng dụng trong mạng viễn thông và ngày nay càng đ-ợc sử dụng rộng rãi.
- Khi bắt đầu mỗi cuộc gọi thì trạm trung tâm chọn kênh vệ tinh và phân định các bộ MODEM ở cả hai trung tâm đ-ờng trục có thuê bao gọi đi và thuê bao gọi đến để thực hiện thiết lập cuộc gọi tại các vị trí xa mỗi đ-ờng trục đ-ợc nối với các bộ MODEM hoạt động theo ph-ơng thức SCPC và các bộ MODEM đ-ợc điều khiển tới các tần số sóng mang đ-ợc phân định bằng các lệnh từ bộ điều khiển phân định theo nhu cầu từ xa.
- Trung tâm điều khiển DAMA có chức năng chính là phân định các kênh vệ tinh cho các cuộc gọi mới.
- Nên sử dụng DAMA cho liên lạc điện thoại.
- Các dịch vụ cung cấp bởi thông tin vệ tinh: Phạm vi phục vụ của thông tin vệ tinh rất rộng, nó có thể đảm bảo hầu hết các dịch vụ của thông tin viễn thông nh- cố định và di động.
- Các loại dịch vụ có thể đ-ợc vệ tinh cung cấp là.
- Truyền số liệu và các dịch vụ kinh doanh mới.
- Các loại dịch vụ kết hợp (ISDN, Multimedia, Video conference.
- Các dịch vụ cứu hộ, cứu nạn, khẩn cấp, định vị dẫn đ-ờng.
- Dịch vụ dự phòng, hỗ trợ cho các tuyến cáp backbone.
- Dịch vụ thoại: Đây là loại dịch vụ cơ bản nhất của mọi hệ thống thông tin nói chung và vệ tinh nói riêng.
- Tất cả các hệ thống vệ tinh quốc tế cũng nh- khu vực và nội hạt đều cung cấp dịch vụ thoại.
- Các hệ thống thông tin vệ tinh quốc tế có chức năng đảm bảo các sóng mang thông tin công cộng giữa các châu lục và

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt