Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Thiết kế trạm anten vệ tinh tự động quay bám trong thông tin vệ tinh

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:89

Thêm vào BST

Báo xấu

20
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bố cục của Luận văn này gồm có 3 chương: Chương 1 - Tổng quan về hệ thống thông tin vệ tinh; Chương 2 - Trạm mạt đất trong thông tin vệ tinh; Chương 3 - Xây dựng và tính toán cấu hình trạm anten tự động quay bám vệ tinh. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Thiết kế trạm anten vệ tinh tự động quay bám trong thông tin vệ tinh

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THÔNG --------------------------------- LÊ THỊ HUYỀN TRANG THIẾT KẾ TRẠM ANTEN VỆ TINH TỰ ĐỘNG QUAY BÁM TRONG THÔNG TIN VỆ TINH LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT (Theo định hướng ứng dụng) HÀ NỘI - 2020
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THÔNG --------------------------------- LÊ THỊ HUYỀN TRANG THIẾT KẾ TRẠM ANTEN VỆ TINH TỰ ĐỘNG QUAY BÁM TRONG THÔNG TIN VỆ TINH Chuyên ngành: Kỹ thuật Viễn thông Mã số: 8.52.02.08 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT (Theo định hướng ứng dụng) NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. NGUYỄN NGỌC MINH HÀ NỘI - 2020
i LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác, các tài liệu tham khảo đã đƣợc trích dẫn đầy đủ. Tác giả luận văn Lê Thị Huyền Trang
ii LỜI CẢM ƠN Trong thời gian học tập, nghiên cứu và hoàn thiện luận văn đề tài “Thiết kế trạm anten vệ tinh tự động quay bám trong thông tin vệ tinh” tác giả đã nhận đƣợc sự quan tâm, giúp đỡ tận tình của quý các thầy cô, các anh chị và các bạn. Em xin chân thành cảm ơn TS. Nguyễn Ngọc Minh đã trực tiếp hƣớng dẫn, giúp đỡ, dạy bảo, động viên và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em trong quá trình học tập và hoàn thành luận văn. Và để có đƣợc những kiến thức nhƣ ngày hôm nay, cho phép em gửi lời cảm ơn sâu sắc đến quý thầy cô Học viện Công nghệ Bƣu chính Viễn thông trong thời gian qua đã truyền đạt cho em những kiến thức quý báu. Xin trân trọng cảm ơn!
iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................... i LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ii MỤC LỤC ................................................................................................................ iii DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ, CHỮ VIẾT TẮT ........................................... iv DANH MỤC BẢNG ................................................................................................... VII DANH MỤC HÌNH VẼ............................................................................................. VIII LỜI MỞ ĐẦU ................................................................................................................. 1 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN VỆ TINH ........................................... 3 1.1. Cấu trúc tổng quát ............................................................................................ 3 1.2. Đặc điểm của thông tin vệ tinh ........................................................................ 4 1.3. Băng tần thông tin vệ tinh ................................................................................ 5 1.4. Phƣơng pháp đa truy nhập trong thông tin vệ tinh .......................................... 6 1.4.1. Đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA) .......................................... 6 1.4.2. Đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA) ...................................... 6 1.4.3. Đa truy nhập phân chia theo không gian (SDMA)................................... 7 1.4.4. Đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA ) .............................................. 7 1.5. Phân hệ thông tin vệ tinh ................................................................................. 8 CHƢƠNG 2. TRẠM MẶT ĐẤT TRONG THÔNG TIN VỆ TINH ........................ 10 2.1. Tổng quan trạm mặt đất ................................................................................. 10 2.2. Anten trạm mặt đất ........................................................................................ 11 2.2.1. Các loại anten trạm mặt đất ................................................................... 11 2.2.2. Hệ thống bám vệ tinh.............................................................................. 13 2.2.3. Hệ số tăng ích của anten ........................................................................ 14
iv 2.2.4. Góc độ rộng búp sóng ............................................................................ 15 2.3. Bộ khuếch đại tạp âm thấp (LNA) ................................................................. 15 2.3.1. Giới thiệu ................................................................................................ 15 2.3.2. Các loại khuếch đại tạp âm thấp LNA ................................................... 16 2.4. Bộ đổi tần (FC) .............................................................................................. 16 2.3.1. Giới thiệu ................................................................................................ 16 2.4.2. Các bộ đổi tần kép .................................................................................. 17 2.4. 3. Bộ dao động nội .................................................................................... 18 2.5. Bộ khuếch đại công suất cao (HPA) .............................................................. 18 2.5.1. Giới thiệu ................................................................................................ 18 2.5.2. Phân loại các bộ khuếch đại công suất cao ........................................... 18 2.5.3. Cấu hình của bộ khuếch đại công suất cao ............................................ 19 2.6. Kỹ thuật điều chế và giải điều chế tín hiệu.................................................... 19 2.6.1. Giới thiệu ................................................................................................ 19 2.6.2. Kỹ thuật điều chế tần số (FM) ................................................................ 20 2.6.3. Kỹ thuật giải điều chế sóng mang điều tần (FM) ................................... 21 2.6.4. Điều chế số ............................................................................................. 21 2.6.5. Kỹ thuật giải điều chế sóng mang PSK .................................................. 22 2.7. Kỹ thuật đa truy nhập..................................................................................... 22 2.7.1. Các vấn đề về lưu lượng ......................................................................... 22 2.7.2. Kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA)........................... 24 2.7.3. Kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA) ...................... 28 2.7.4. Đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA) ............................................. 32 2.8. Các thiết bị truyền dẫn số của trạm mặt đất ................................................. 36 2.8.1. Số hoá tín hiệu tương tự ......................................................................... 37 2.8.2. Thiết bị ghép kênh phân chia theo thời gian TDM................................. 38
v 2.8.3. Thiết bị bảo mật (Encryption) ................................................................ 39 2.8.4. Bộ mã hoá kênh (Channel Encoder) ...................................................... 40 2.8.5. Bộ tiêu tán năng lượng ........................................................................... 40 CHƢƠNG 3. XÂY DỰNG VÀ TÍNH TOÁN CẤU HÌNH TRẠM ANTEN VỆ TINH TỰ ĐỘNG QUAY BÁM TRONG THÔNG TIN VỆ TINH ........................... 42 3.1. Giới thiệu chung ............................................................................................ 42 3.2. Lựa chọn Antena ............................................................................................ 42 3.3. Bộ chuyển đổi đƣờng lên và khuyếch đại công suất (HPA).......................... 45 3.4. Bộ chuyển đổi đƣờng xuống và khuyếch tạp âm thấp (LNB) ....................... 55 3.4.1. Xác định hệ số phản xạ đầu vào và đầu ra ............................................ 56 3.4.2. Mạch tương đương Thevenin ................................................................. 57 3.4.3. Độ khuếch đại công suất ........................................................................ 61 3.4.4. Độ lợi công suất bộ chuyển đổi .............................................................. 63 3.4.5. Độ khếch đại công suất khả dụng .......................................................... 65 3.4.6. Độ khuếch đại công suất ........................................................................ 65 3.4.7. Độ lợi một phía ....................................................................................... 67 3.5. Modem vệ tinh ............................................................................................... 68 3.5.1. Newtec Elevation Series EL478 ............................................................. 68 3.5.2. COMTECH CDM625A Advanced .......................................................... 69 3.5.3. Comtech EFData CDM570 .................................................................... 69 3.5.4. Datum PSM-500L ................................................................................... 69 3.5.5. Modem Hughes HX 280 ......................................................................... 70 3.6. Đo đạc và tính toán ........................................................................................ 70 KẾT LUẬN .............................................................................................................. 75 DANH MỤC CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................... 76
iv DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ, CHỮ VIẾT TẮT Thuật ngữ viết Nghĩa Tiếng Anh Nghĩa Tiếng Việt tắt A AM Amplitude Modulation Điều chế biên độ B BPSK Binary PSK Khóa chuyển pha nhị phân C C/N Carrier/noise Tỷ số sóng mang trên nhiễu CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã CCIR CONSULTATIVE COMMITTEE ON Ủy ban tƣ vấn quôc tế về radio INTERNATIONAL RADIO D D/C Down/Convertor Bộ đổi tần tuyến xuống DS Direct Sequence Trải phổ trực tiếp DSSS Direct Sequence Spead Spectrum Trải phổ trực tiếp DE-PSK Different Encode PSK Điều chế chuyển pha vi sai E Công suất phát xạ đẳng hƣớng EIRP Equivalent Isotropic Radiated Power tƣơng đƣơng F Đa truy nhập phân chia theo tần FDMA Frequency division multiple access số FH Frequency Hoppping Nhảy tần
v FHSS Freqency Hopping Spead Spectrum Trải phổ nhảy tần FC Frequency Converter Bộ đổi tần G GaAs– Gali - Arsenic (GaAs-FET Khuếch đại dùng Transistor FET trƣờng loại bán dẫn hỗn tạp H HP Horizontal Polariation Phân cực ngang HPA High Power Amplifie Bộ khuếch đại công suất lớn I IF Inermediate Freqency Trung tần Hệ thống viễn thông trong tòa IBS Inbuilding System nhà INMARS Internation Maritime Satellite Tổ chức vệ tinh hàng hải quốc AT Organisation tế INTELSA Internation Telecommunications Tổ chức vệ tinh quốc tế thông T Satellite Organisation tin L LNA Low Noise Amplifier Bộ khuếch đại tạp âm thấp LHCP Left Hand circular Polariation Phân cực tròn bên trái. LO Local Oscillator Tần số dao động nội P PN Pseudorandom number Mã tạp âm ngẫu nhiên PCM Pulse Code Modulation Điều chế xung mã PSK Phase Shift Keying Khóa chuyển pha
vi Q QAM Qudrature Điều chế cầu phƣơng QPSK Qudrature Phase Shift Keying Khóa chuyển pha cầu phƣơng R RF Radio Freqency Tần số vô uyến RHCP Right Hand circular Polariation Phân cực tròn bên phải S SCPC Single Channel Per Carrier Một kênh trên sóng mang Đa truy nhập phân chia theo SDMA Space-division multiple access không gian SES Satellite Earth Station Trạm vệ tinh mặt đất T TA Transmit Antenna Anten phát Đa truy nhập phân chia theo TDMA Time division multiple access thời gian TWTA Travelling Wave Tabe Amplifier Bộ khuếch đại đèn sóng chạy U U/C Up/Convertor Bộ đổi tần tuyến lên V Thiết bị đầu cuối kích thƣớc rất VSAT Very small aperture terminals nhỏ VP Vertical Polariation Phân cực thẳng đứng
vii DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Quy định băng tần thông tin vệ tinh [1] .....................................................5 Bảng 2.1: Ví dụ bảng dữ liệu định tuyến [2].............................................................23 Bảng 3.1: Các tham số của TGF2023-01 [6] ............................................................46 Bảng 3.2: Giá trị của các thành phần của mạch hòa hợp trở kháng ra......................51 Bảng 3.3: Đo kiểm DOA (direction of arrival) của tín hiệu sử dụng USRP ............72
viii DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Mô hình truyền nhận thông tin của đƣờng truyền vệ tinh [1] ....................3 Hình 1.2: Phân hệ thông tin của vệ tinh [1] ................................................................9 Hình 2.1: Cấu hình trạm mặt đất [1] .........................................................................10 Hình 2.2: Anten phản xạ parabol [1].........................................................................11 Hình 2.3: Cấu hình gƣơng Cassegrain [1] ................................................................11 Hình 2.4: Anten lệch [1]............................................................................................12 Hình 2.5: Cấu hình của bộ khuếch đại công suất cao [1]..........................................19 Hình 2.6: Nguyên lý của một bộ điều chế số [2] ......................................................21 Hình 2.7: Định tuyến lƣu lƣợng a) Mỗi sóng mang một tuyến b) Mỗi sóng mang một trạm phát [2] .......................................................................................................23 Hình 2.8: Cấu hình truyền dẫn [1,2] .........................................................................25 Hình 2.9: Hoạt động của một mạng theo nguyên lý TDMA [1,2] ............................28 Hình 2.10: Cấu trúc khung TDMA [2] .....................................................................30 Hình 2.11: Trải phổ trực tiếp (DS-CDMA) [2] .........................................................34 Hình 2.12: Trải phổ nhảy tần (FH-CDMA) [2] ........................................................34 Hình 2.13: Các thành phần của một chuỗi truyền dẫn số qua vệ tinh.......................37 Hình 2.14: Nguyên lý truyền dẫn bảo mật ................................................................39 Hình 2.15: Nguyên lý mã hoá kênh ..........................................................................40 Hình 2.16: a) Bộ xáo trộn b) Bộ bỏ xáo trộn (phục hồi xáo trộn) ............................41 Hình 3.1: Mô hình IC ................................................................................................46 Hình 3.2: Mô tả dòng điện drain so với điện áp gate ...............................................47 Hình 3.3: Mạch nguyên lý mô phỏng độ ổn định .....................................................47 Hình 3.4: Kết quả mô phỏng độ ổn định tại r=55 Ω .................................................48 Hình 3.5: (a) Mạch hòa hợp trở kháng Class-F và (b) mạch tƣơng đƣơng tại tần số cơ bản. .......................................................................................................................48 Hình 3.6: Mô phỏng mạch hòa hợp trở kháng ra ......................................................51
ix Hình 3.7: Kết quả mô phỏng mạch phối hợp trở kháng ra (a) đặc tính bức xạ và phản xạ (b) trở kháng nhìn từ cổng drain ..................................................................52 Hình 3.8: Mô phỏng mạch phối hợp trở kháng đầu vào ...........................................52 Hình 3.9: Mô phỏng bộ khuếch đại với mạch phối hợp trở kháng đầu vào và ra.....53 Hình 3.10: Kết quả mô phỏng S11, S21 và độ ổn định của bộ khuếch đại công suất ...54 Hình 3.11: Kết quả mô phỏng công suất đầu ra và PAE bộ khuếch đại công suất ...54 Hình 3.12: Thành phần bộ khuếch tạp âm thấp ........................................................55 Hình 3.13: Xác định hệ số phản xạ nguồn và tải và ......................................55 Hình 3.14: Xác định hệ số phản xạ , , và ........................................56 Hình 3.15: Biểu diễn sóng của mạch tƣơng đƣơng Thevenin có điện áp mạch mở của và trở kháng . Cổng đo có điện áp Eo và Zo. ..........................................57 Hình 3.16: Hình ảnh mạch nguyên lý đơn giản của bộ khuếch đại ..........................59 Hình 3.17: Nguồn đƣợc kết nối với tải .....................................................................59 Hình 3.18: Độ khuếch đại, nguồn đƣợc điều chỉnh PL tối đa ...................................62 Hình 3.19: Biểu diễn mạch nguyên lý đơn giản của bộ khuếch đại .........................63 Hình 3.20: Mạch khai thác tƣơng đƣơng Thevenin ở mặt phẳng tải ........................63 Hình 3.21: Mạch tính độ khuếch đại công suất khả dụng .........................................65 Hình 3.22: Mạch tính toán độ khuếch đại .................................................................65 Hình 3.23: Đội lợi một phía ......................................................................................68 Hình 3.24: Lƣu đồ thuật toán Labview [7] ...............................................................71 Hình 3.25: Phổ công suất truyền đạt của antena. Công suất cài đặt ở mức tối đa, kết quả mô phỏng cho công suất đầu ra là 120mW[7] ...................................................71 Hình 3.26: Phổ công suất tín hiệu nhận đƣợc tại thiết bị đầu cuối USRP với công suất truyền là 20,8dBm, công suất nhận là -16dBm [7]............................................72 Hình 3.27: Phổ công suất tín hiệu nhận đƣợc tại thiết bị đầu cuối USRP [7] .........74
1 LỜI MỞ ĐẦU Thông tinh vệ tinh chỉ mới xuất hiệu trong hơn bốn thập kỹ qua nhƣng đã phát triển rất nhanh chóng trên thế giới cũng nhƣ trong nƣớc ta, mở ra cho 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 đã đƣợc ứng dụng vào nƣớc ta bắt đầu từ những năm 80 mở ra một sự phát triển mới của viễn thông Việt Nam. Thông tin vệ tin có nhiều 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 dụng. 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 cố định không thể với 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. Trên thế giới xuất hiện nhiều hình thức thông tin liên lạc đáp ứng các yêu cầu về thoại, truyền dữ liệu, cụ thể là giải pháp truyền dữ liệu qua SIM di động 3G, 4G cũng là giải pháp đã đƣợc triển khai trong thực tế và có một số ƣu điểm nhất định nhƣ: thiết bị gọn nhẹ, tín hiệu vẫn đảm bảo khi cơ động, khoảng cách truyền không giới hạn chỉ cần đảm bảo tại địa điểm thu phát có phủ sóng 3G/4G, dễ dàng triển khai, giảm thiểu thời gian khi tác nghiệp…Tuy nhiên, giải pháp này cũng tồn tại một số hạn chế là phụ thuộc vào vùng phủ sóng của các nhà cung cấp dịch vụ, hơn nữa đối với các mạng công cộng việc bảo mật thông tin là một vấn đề rất đáng quan tâm. Đặc biệt khi có yêu cầu nghiệp vụ chế áp điện tử, chèn phá sóng di động thì hệ thống này sẽ không hoạt động. Vì vậy, việc ứng dụng thông tin vệ tinh trong thông tin liên lạc đƣợc sử dụng phổ biến trên thế giới. Đặc biệt, hiện nay yêu cầu việc đảm bảo thông tin liên lạc thông suốt trong khi di chuyển đang đƣợc nhiều ngành chức năng quan tâm đặc biệt đối với các bộ phận nghiệp vụ nhƣ Bộ Quốc phòng, Bộ Công an . Các nhà cung cấp thiết bị liên lạc vệ tinh trên thế giới đã đƣa ra thị trƣờng
2 nhiều chủng loại thiết bị có tính năng hỗ trợ cho việc liên lạc vệ tinh vừa di chuyển vừa liên lạc, đó là tính năng COTM (Communication On The Move). Các thiết bị này có thể đáp ứng đƣợc các yêu cầu thông tin liên lạc đối với các phƣơng tiện ở trên không, trên biển và mặt đất. Nguyên tắc cơ bản của COTM là đƣợc trang bị anten vệ tinh có khả năng tự động quan bám, thiết lập đƣờng thông tin mà không cần phải tạm dừng hoặc dừng lại khi đang di chuyển. Một trong những thiết bị chính để đáp ứng tính năng vừa liên lạc vừa di chuyển là hệ thống anten tự động quay bám vệ tinh. Đây là hệ thống anten có định hƣớng tự động bám vệ tinh khi đang di chuyển vẫn đảm bảo liên lạc. Chính vì thế em chọn đề tài tài “Thiết kế trạm anten vệ tinh tự động quay bám trong thông tin vệ tinh”. Nội dung luận văn đƣợc trình bày thành 3 chƣơng sau: Chƣơng 1: Tổng quan về hệ thống thông tin vệ tinh Chƣơng 2: Trạm mạt đất trong thông tin vệ tinh Chƣơng 3: Xây dựng và tính toán cấu hình trạm anten tự động quay bám vệ tinh
3 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN VỆ TINH 1.1. Cấu trúc tổng quát Vệ tinh Tuyến xuống Tuyến lên Trạm mặt đất Trạm mặt đất Hình 1.1: Mô hình truyền nhận thông tin của đường truyền vệ tinh [1] Muốn thiết lập một đƣờng thông tin vệ tinh, trƣớc hết phải phóng một vệ tinh lên qũy đạo và có khả năng thu sóng vô tuyến điện.Vệ tinh có thể là vệ tinh thụ động, chỉ phản xạ sóng vô tuyến một cách thụ động và không khuếch đại và biến đổi tần 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) biến đổi, khuếch đại và phát lại đến một hoặc nhiều trạm mặt đất khác. Tín hiệu từ một trạm mặt đất đến vệ tinh, gọi là đƣờng lên (uplink) và tín hiệu từ vệ tinh trở về một trạm mặt đất khác, 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. Đƣờng lên (Uplink): là tuyến phát từ trạm mặt đất lên vệ tinh. Điểm kết cuối đƣờng lên vệ tinh là anten thu (Receive Antenna - Uplink) vệ tinh, thu tín hiệu từ trạm mặt đất phát lên (rất nhỏ cộng với tạp âm tích luỹ sau khi truyền qua không gian dài khoảng 36.000 km) sau đó đƣợc bộ khuếch đại tạp âm thấp (LNA - Low Noise Amplifier, có tạp âm nội rất thấp) khuếch đại tín hiệu (bao gồm cả tạp âm thu đƣợc) lên mức cần thiết rồi đƣa đến các bộ lọc (filter), tiếp theo đó tín hiệu đƣợc làm cho yếu đi hoặc mạnh lên (Atten/Amp) tuỳ theo yêu cầu khai thác rồi đƣa đến hệ thống xử lý (Processing).
4 Đƣờng xuống (Downlink): Tín hiệu đầu ra của hệ thống xử lý ( Processing) đƣợc đƣa đến bộ Atten/Amp để làm yếu đi hoặc mạnh lên tuỳ theo yêu cầu rồi đƣa đến các bộ lọc để lấy các tín hiệu mong muốn đƣa đến bộ khuếch đại công suất lớn (High Power Amplifier) rồi đƣa ra anten phát (Transmit Antenna) phát tín hiệu xuống mặt đất. Toàn bộ hệ thống suy hao, khuếch đại của đƣờng lên và đƣờng xuống cùng hệ thống dịch tần đƣợc điều khiển và đƣa đến hệ thống hệ thống xử lý (Processing). 1.2. Đặc điểm của thông tin vệ tinh 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 mặt đất. Vì trạm chuyển tiếp vệ tinh có độ cao rất lớn nên thông tin vệ tinh có những ƣu điểm: - Cấu hình lại hệ thống mạng mặt đất đơn giản, nhanh chóng và giảm giá thành so với các loại khác. - Giá thành tuyến thông tin không phụ thuộc vào cự ly giữa hai trạm. Giá thành nhƣ nhau khi truyền ở cự ly 5000 km và 100 km. - Có khả năng thông tin quảng bá (điểm - đa điểm) cũng nhƣ thông tin nối điểm. Một vệ tinh có thể phủ sóng cho một vùng rộng lớn trên mặt đất (vệ tinh địa tĩnh ở búp sóng toàn cầu có vùng phủ sóng chiếm 1/3 bề mặt quả đất), nhƣ vậy một trạm mặt đất có thể thông tin với nhiều trạm mặt đất khác trong vùng phủ sóng đó. - Có khả năng băng thông 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 megahertz. Mỗi bộ lặp có thể đƣợc sử dụng cho hai trạm mặt đất trong vùng phủ sóng của vệ tinh. - Ít chịu ảnh hƣởng bởi địa hình của mặt đất. Do độ cao bay lớn nên thông tin vệ tinh 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 tin vệ tinh là phƣơng tiện thông tin tốt nhất cho các vùng nông thôn và các vùng chƣa phát triển. Thông tin vệ tinh có thể cung cấp các
5 loại dịch 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). Thông tin vệ tinh đẩy nhanh sự phát triển nền công nghiệp và các phƣơng tiện xử lý số liệu ở nông thôn. - Dịch vụ thông tin vệ tinh 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 - 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 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. - Các dịch vụ cá nhân của khách hàng. Các trạm mặt đất nhỏ với anten kích thƣớc bé có thể truy nhập đến các cơ sở dữ liệu, các cơ quan bộ và các hệ thống quản lý thông tin. 1.3. Băng tần thông tin vệ tinh Thông tin vệ tinh là hệ thống thông tin có phƣơng thức truyền dẫn vô tuyến, bởi vậy việc lựa chọn và ấn định băng tần công tác cho các dịch vụ thông tin vệ tinh là rất quan trọng. Nó phải thoả mãn hai điều kiện cơ bản: - Không gây can nhiễu lên các hệ thống thông tin vô tuyến khác cũng nhƣ dịch vụ thông tin vệ tinh trong mạng. - Tổn hao truyền sóng nhỏ để giảm nhỏ kích thƣớc và giá thành thiết bị. Bảng 1.1: Quy định băng tần thông tin vệ tinh [1]
6 1.4. Phƣơng pháp đa truy nhập trong thông tin vệ tinh Thông tin vệ tinh là một 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 để tiết kiệm tài nguyên. Trong thực tế, một bộ phát đáp có thể phục vụ cùng một lúc nhiều trạm mặt đất khác nhau. Kỹ thuật đa truy nhập là kỹ thuật các trạm mặt đất truy nhập bộ phát đáp vệ tinh, với yêu cẩu sóng vô tuyến điện từ các trạm mặt đất riêng lẻ không can nhiễu với nhau. 1.4.1. Đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA) Mỗi trạm mặt đất đƣợc ấn định cho một khoảng băng tần nhất định trong băng tần quy định chung cho hệ thống. Ƣu điểm của FDMA là kỹ thuật đơn giản, độ tin cậy cao, giá thành hạ. Giữa các trạm không cần sự đồng bộ. Tuy nhiên nó cũng có nhƣợc điểm: - Thiếu tính mềm dẻo khi cần thay đổi dung lƣợng. - Khi số truy nhập tăng do xuất hiện các sản phẩm nhiễu điều chế nên phải giảm công suất phát của vệ tinh, nên không tận dụng đƣợc hết hiệu suất làm việc của bộ khuếch đại. - Phải điều khiển công suất phát của các trạm mặt đất công suất sóng mang tại đầu vào vệ tinh là nhƣ nhau, để tránh hiệu ứng “bắt” (capture effect). 1.4.2. Đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA) Phƣơng pháp này mỗi trạm mặt đất đƣợc ấn định cho một “khe thời gian” nhất định và trạm mặt đất chỉ đƣợc thu hoặc phát lƣu lƣợng của trạm mình trong “khe thời gian” quy định đó và đƣợc gọi là “cụm” (burst). Các “cụm” của một số trạm mặt đất đƣợc sắp xếp lại trong một khoảng thời gian dài hơn gọi là khung TDMA. Đa truy nhập phân chia theo thời gian sử dụng hiệu quả hơn đối với độ rộng băng tần và tận dụng đƣợc công suất của bộ khuếch đại công suất cao do mỗi khung TDMA (hay một bộ phận đáp trên vệ tinh) chỉ có một sóng mang nên không có
7 nhiễu điều chế khi tầng khuếch đại công suất việc tại điểm bão hoà hay lân cận điểm bão hoà và sẽ cho ra công suất cực đại. Hệ thống TDMA có tính mềm dẻo trong việc thay đổi lƣu lƣợng giữa các trạm chỉ cần thay đổi độ rộng “cụm” của mỗi trạm mặt đất. Nhƣng TDMA yêu cầu về công nghệ trạm mặt đất phức tạp hơn FDMA, bởi vậy giá thành sẽ đắt hơn vì phải có sự đồng bộ chính xác giữa các trạm và với vệ tinh. Do vị trí vệ tinh luôn luôn thay đổi nên độ trễ của các trạm mặt đất là khác nhau, làm cho việc đồng bộ trong mạng gặp nhiều khó khăn và phức tạp hơn nhiều so với các hệ thống vi ba trên mặt đất. 1.4.3. Đa truy nhập phân chia theo không gian (SDMA) Trong thông tin vệ tinh bằng việc phủ sóng các vùng khác nhau trên mặt đất và phƣơng pháp sử dụng các phân cực sóng khác nhau thì với phổ tần giống nhau có thể sử dụng lại vài lần mà can nhiễu bị hạn chế giữa các ngƣời sử dụng. - Phân cực: có các loại phân cực thẳng đứng (VP) và phân cực nằm ngang (HP). Phân cực tròn có phân cực tròn bên trái (LHCP) và phân cực tròn bên phải (RHCP), có thể đƣợc phát đi cùng tần số từ vệ tinh nhƣng với hai phân cực khác nhau mà các trạm mặt đất thu đúng tín hiệu của trạm mình mà không bị can nhiễu do sử dụng các anten thu có phân cực khác nhau. - Vệ tinh với việc sử dụng các loại anten khác nhau có kích thƣớc khác nhau, có thể phủ sóng lên mặt đất với các vùng phủ sóng có diện tích và hình dạng khác nhau. Có bốn dạng phủ sóng cơ bản đó là: phủ sóng toàn cầu, là vùng phủ sóng rộng nhất mà vệ tinh có thể phủ đƣợc; phủ sóng bán cầu là phủ sóng một nửa bán cầu phía đông và phía tây của quả đất; phủ sóng khu vực là vùng phủ sóng một khu vực khá lớn nhƣ bắc Mỹ, châu Âu hoặc Đông nam á và vùng phủ sóng “đốm” là vùng phủ sóng với diện tích nhỏ nhất so với ba vùng trên. 1.4.4. Đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA ) Làm việc theo nguyên lý trải phổ tín hiệu phát rộng hơn nhiều so với độ rộng thực tế. Chuỗi mã dùng để trải phổ tạo thành “ký hiệu” riêng của máy phát. Máy thu