Đề tài Hệ thống thông tin vô tuyến

MỤC LỤC NỘI DUNG Trang PHỤ LỤC……………………………….……………...…………………….……… THUẬT NGỮ VIẾT TẮT ARQ Automatic Repeat Repuest Phát lại tự động BB Base Band Băng tần cơ bản BER Bit Error Rate Tỉ lệ lỗi bít CDMA Code Division Multiple Access Đa nhập cập phân chia theo mã D Downlink Tuyến xuống D/C Down Coverter Đổi tấn tuyến xuống DEM Demodelation Giải điều chế DTH Direct To Home Phát trực tiếp đến trạm mặt đất ES Elementary Stream Trạm mặt đất ETRP Equivalent Isotropic Radiated Power Công suất bức xạ đẳng hướng f/d focal/diameter Tiêu cự/đường kính anten parabol FDMA Frequency Division Multiple Access Đa nhập cập phân chia theo tần số FEC Forward Error Conrection Sửa lỗi bên thu GPS Global Positioning System Hệ thống vệ tinh toàn cầu HDTV High Definition Television Truyền hình số độ phân giải cao HPA High Power Amplifine Khuếch đại công suất cao IF Intermediate Frequency Trung tần IP Internet Protocol Giao thức mạng IPS Intrusion prevention system Chống xâm nhập hệ thống ISDN Integrated services Digital Network Mạng số đa dịch vụ tổng hợp ITU International Telecommunication Union Liên đoàn viễn thông quốc tế LNA Low Nosie Amplifier Khuếch đại tạp âm thấp LO Local Oscillator Dao động nội PCM Pulse Code Modulation Điều biến mã xung PSDN Public switched data network Mạng chuyển mạch số công cộng PSK Phase shift keying Khóa dịch pha RF Radio Frequency Tần số vô tuyến SES Satellite Earth Station Thu vệ tinh từ trạm mặt đất TDMA Time Division Multiple Access Đa nhập cập phân chia theo thời gian TNVN Tiếng nói Việt Nam TTVT-QS Thông tin vệ tinh quân sự TV Television Truyền hình U Uplink Tuyến xuống UPS Uninterupted Power Supply Nguồn điện không bao giờ ngắt V/C Up Coverter Đổi tần tuyến xuống VLAN virtual local area network Mạng LAN ảo VoIP Voice over Internet Protocol Đàm thoại qua internet VSAT Very Small Aperture Terminals Thiết bị đầu cuối kích thước nhỏ VSWR Voltage Standing Wave Radio Hệ số sóng đứng DANH MỤC BẢNG BIỂU Số hiệu Tên bảng Trang 1.1 Quy định băng tần thông tin vệ tinh 5 2.1 Độ lợi anten với các đường kính khác nhau ở những băng tần chính 33 2.2 Lượng mưa tương ứng với tổng thời gian suy giảm tín hiệu do mưa trung bình trong năm 43 2.4 Quan hệ giữa hệ số nhiễu và nhiệt độ nhiễu 48 4.1 Quan hệ a và a’ phụ thuộc vị trí trạm mặt đất và vệ tinh 78 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 12 1.10 Băng thông sóng mang truyền dẫn theo kỹ thuật truy nhập FDMA 14 1.11 Băng thông sóng mang truyền dẫn theo kỹ thuật truy nhập TDMA 14 1.12 Băng thông sóng mang truyền dẫn theo kỹ thuật truy nhập CDMA 15 1.13 Các dịch vụ qua vệ tinh 16 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 của anten parabol đối xứng 33 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 44 2.22 Lượng mưa R0.01 (mm/h) vượt quá 0.01% của một năm trung bình 45 2.23 Toán đồ xác định suy hao trên một đơn vị chiều dài trong mưa γR (dB/Km) 46 2.24 Mật độ phổ công suất nhiễu N0 47 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 Sơ đồ truyền hình hội nghị 70 3.8 Các thành phần chính cho cơ sở hạ tầng mạng di động qua vệ tinh 70 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 a0 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 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 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 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 Tuyến lên Vệ tinh Trạm mặt đất Trạm mặt đất Tuyến xuống Hình 1.1: Sơ đồ đường thông tin vệ tinh 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, …) 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 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 81,30. 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) 513ms. Từ: trạm – vệ tinh – trạm (143.000Km) 447ms. Tính bảo mật không cao. Suy hao công suất cho đường truyền lớn (gần 200dB). Ứng dụng: Được sử dụng làm quỹ đạo cho vệ tinh thông tin bảo đảm thông tin cho các vùng co vĩ độ nhỏ hơn 81,30. 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 khác. Bởi vậy hầu hết các hệ thống thông tin vệ tinh cố định đều sử dụng vệ tinh địa tĩnh. 1.1.3.2. Phân chia dải tần cho thông tin vệ tinh Attenuation Coefficient (dB/Km) Frequency (Ghz) (a) Ionospheric scintillation Nhiễu tầng ion (b) Rain attenuation Suy giảm do mưa (c) Atmospheric gases Nhiễu khí quyển (d) Tropospheric scintillation Nhiễu tầng đối lưu Radio Window O2 H2O 0.2 0.5 1 2 5 10 20 30 0.1 0.2 0.5 1 2 20 10 3 (a) (b) (c) (d) Hình 1.4: Sự suy giảm của sóng vô tuyến trong không gian Hình trên cho thấy sóng điện từ ở tần số thấp bị hấp thụ năng lượng mạnh khi truyền qua tầng điện li (đặc biệt là mây từ) và ở tần số cao (lớn hơn 10Ghz) bị suy hao đáng kể khi truyền qua lớp khí quyển (mây mù và đặc biệt là mưa). Chỉ có dải tần từ 1-10 GHz là có suy hao tương đối thấp nên được chọn sử dụng trong thông tin vệ tinh, ta gọi khoảng tần số này là cửa sổ vô tuyến (Radio Window). Liên đoàn thông tin quốc tế ITU chia thế giới ra làm 3 khu vực: Khu vực 1: gồm Châu Âu, Châu Phi, vùng Trung Đông và Nga. Khu vưc 2: gồm các nước châu Mỹ. Khu vực 3: gồm các nước Châu Á và Châu Đại Dương Tần số phân phối cho một dịch vụ nào đó có thể phụ thuộc vào khu vục. Trong một khu vực một vùng dịch vụ có thể được dùng toàn bộ băng tần của khu vực này hoặc phải chia sẻ với các dịch vụ khác. Các dịch vụ cố định sử dụng các băng tần theo băng sau: Bảng 1.1 Quy định băng tần thông tin vệ tinh 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. + Dung lượng thông tin lớn: Vì sử dụng ở tần số cao nên băng tần rộng, hơn nữa đã áp dụng các biện phát tiết kiệm tân số (FDMA, TDMA, CDMA,…). Đáp ứng được hầu hết các dịch vụ mà thực tế đề ra. Ít chịu ảnh hưởng bởi địa hình của mặt đất. Do độ cao bay lớn nên thông tin vệ tin không bị ảnh hưởng bởi địa hình thiên nhiên như đồi núi, thành phố, sa mạc, đại dương. Sóng vô tuyến chuyển tiếp qua vệ tinh là phương tiện thông tin tốt nhất cho các vùng nông thôn và các vùng chưa phát triển. Thông tin vệ tinh có thể cung cấp các dụng vụ phổ thông cho cả thành phố, nông thôn cũng như miền núi và hải đảo(ví dụ truyền hình điện thoại dung lượng nhỏ). Thông tin vệ tin đẩy nhanh sự phát triển nền công nghiệp và các phương tiện sử lý số liệu ở nông thôn. + Dịch vụ thông tin vệ tinh băng tần rộng và có thể truyền tới bất kỳ nơi nào trên thế giới để đưa đến việc tìm ra các thị trường mới cũng như mở rộng các thị trường dịch vụ hạ tầng các đường thông tin đã được sử dụng trên mặt đất. Nhờ vệ tinh đã đẩy nhanh sự phát triển của các mạng truyền hình đặc biệt là 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 về sum họp. Các dịch vụ mới. Do khả năng đặc biệt của thông tin vệ tinh nên đã đưa ra các khái niệm mới cho lĩnh vực viễn thông. Trước khi có thông tin vệ tinh (trước năm 1958), hầu hết các dung vụ viễn thông quốc tế đều sử dụng sóng ngắn phản xạ tầng điện ly. Thông tin này không đáp ứng được các nhu cầu do chất lượng xấu, dung lượng thất, băng tần hẹp, ngay cả khi công nghệ của loại hình viễn thông này đạt tới mức giới hạn. Một ví dụ trong trường hợp cấp cứu, Inmarsat là một dịch vụ vệ tinh mới, nó cung cấp tiếng, số liệu và hình ảnh tốc độ thấp di động cho tàu, thuyền, máy bay qua vệ tinh. Hiện nay có thêm nhiều dịch vụ như: dịch vụ thoại, Fax, Telex cố định, phát thanh truyền hình quảng bá, dịch vụ thông tin di động qua vệ tinh,… Các dịch vụ cá nhân của khác hàng: Các trạm mặt đất nhỏ với anter kích thước bé có thể truy nhập đến các cơ sở dữ liệu, các cơ quan bộ và các hệ thống quản lý thông tin. Các trạm này có các thiết bị đầu cuối kích thước rất nhỏ, gọi là VSAT (very Small Aperture Terminals). Các đầu cuối này thường đặt tại nhà của khách hàng hay các khu vực có các yêu cầu dịch vụ phổ thông với dung lượng nhỏ. Với các dịch vụ như: truyền hình vệ tinh, dịch vụ thuê kênh riêng,… Độ tin cậy và chất lượng thông tin cao: do tuyến thông tin chỉ có ba trạm (mặt đất – vệ tinh – mặt đất), trong đó vệ tinh đóng vai trò như trạm lặp, còn hai trạm đầu cuối trên mặt đất nên xác suất hư hỏng trên tuyến rất thấp. Tính linh hoạt và hiệu quả kinh tế: hệ thống thông tin được thiết lập nhanh chóng trong điều kiện các trạm mặt đất cách xa nhau. Đặc biệt hiệu quả kinh tế cao trong thông tin cự ly lớn, thông tin xuyên lục địa. - Nhược điểm: Tuy nhiên trong thông tin vệ tinh cũng có những nhược điểm quan trọng đó là: + Không hoàn toàn cố định. + Khoảng cách truyền dẫn xa nên suy hao lớp, ảnh hưởng của tạp âm lớn. + Giá thành lắp đặt hệ thông rất cao, nên chi phí phóng vệ tinh tốn kém mà vẫn tồn tại xác suất rủi ro. + Thời gian sử dụng hạn chế khó bảo dưỡng, sửa chữa và nâng cấp. Do đường đi của tín hiệu vô tuyến truyền qua vệ tinh khá dài (hơn 70.000 km đối với vệ tinh địa tĩnh) nên từ điểm phát đến điểm nhận sẽ có thời gian trễ đáng kể. Người ta mong muốn vệ tinh có vai trò như là một cột anter cố định nhưng trong thực tế vệ tinh luôn có sự chuyển động tương đối đối với mặt đất, dù là vệ tinh địa tĩnh nhưng vẫn có sự dao động nhỏ. Điều này trong hệ thống phải có trạm điều khiển nhằm giữ vệ tinh ở vị trí nhất định trong thông tin. Thêm nữa do các vệ tinh bay trên quỹ đạo cách rất xa mặt đất cho nên việc truyền sóng giữa các trạm phải chịu sử tổn hao lớn, bị ánh hưởng các yếu tố thời tiết và phải đi qua nhiều loài môi trường khác nhau. Để vẫn đảm bảo chất lượng của tuyến người ta phải sử dụng nhiều kỹ thuật bù và chống lỗi phức tạp. 1.2. Kỹ thuật thông tin vệ tinh. 1.2.1. Phóng vệ tinh, định vị và duy trì vệ tinh trên quỹ đạo. 1.2.1.1. Phóng vệ tinh lên quỹ đạo địa tĩnh. Mỗi vệ tinh được đưa lên qũy đạo theo một trong hai cách sau: Dùng tên lửa đẩy nhiều tầng. + Dùng phương tiên phóng nhiều lần: tàu con thoi. Phương pháp phóng dựa trên qũy đạo Holmonn: Hình 1.5: Sơ đồ qũy đạo Holmonn - Giai đoạn 1: Dùng tên lửa đẩy nhiều tầng để đưa vệ tinh lên quỹ đạo LEO có độ cao 200Km, V = 7.784m/s. - Giai đoạn 2: Tại điểm nâng của quỹ đạo LEO, dùng tên lửa đẩy nhiều tầng thực hiện tăng tốc với V = 10.234m/s để đưa vệ tinh sang quỹ đạo chuyển tiếp Elip có viễn điểm thuộc quỹ đạo địa tĩnh (h = 35.786 km) và cận điểm thuộc quỹ đạo LEO (h = 200km), còn được gọi là quỹ đạo Hohmann. - Giai đoạn 3: Khi vệ tinh chuyển động qua viễn điểm của quỹ đạo Hohmonn thì sử dụng động cơ đẩy viễn điểm đặt trong vệ tinh để đưa vệ tinh về quỹ đạo địa tĩnh và về vị trí của nó. 1.2.1.2. Duy trì vệ tinh trên quỹ đạo. Các công việc chính được thực hiện trong quá trình duy nhất trì vệ tinh trên quỹ đạo là: - Các dao động của vệ tinh xung quanh vị trí quỹ đạo theo hướng Đông Tây, Nam Bắc phải được duy trì trong khoảng ± 0.050. - Tư thế vệ tinh phải được giám sát và hiệu chỉnh để bảo đảm anten vệ tinh luôn luôn hướng về các vùng mong muốn của trái đất. 1.2.2. Cấu hình tổng quát của một hệ thống thông tin vệ tinh. Cấu hình tổng quát gồm: Vệ tinh địa tĩnh, trạm điều khiển, các trạm mặt đất. Vệ tinh Trạm mặt đất (B) Điều khiến Trạm mặt đất (A) Uplink Uplink Downlink Downlink Điều khiến Quỹ đạo Hình 1.6: Hệ thống thông tin vệ tinh 1.2.2.1. Cấu trúc cơ bản của vệ tinh địa tĩnh. - Anten định hướng cho mặt đất, góc tỏa sóng của anten được chọn sao cho sóng bao trùm những vùng cần phủ trên mặt đất (cả nước hoặc cả vùng lục địa). - Nguồn năng lượng cung cấp cho vệ tinh hoạt động chủ yếu là dùng pin mặt trời. DownLink Antenna DEMUX Mixer Channel 2 ect ... Filter/ Equalizer PA or TWT Channel 1 Filter Channel 3 TRANSPONDER TDA – Tunnel Diode Amplifier LO – Local Oscillator PA – Power Amlifier TWT – Traveling Wave Tube Amlifier DEMUX – Demultiplexing Network Low Level TWT Downconverter RECEIVER TDA Filter LO Mixer Filter Uplink Antenna Hình 1.7: Cấu trúc cơ bản của vệ tinh. Hình 1.8: Sơ đồ khối chức năng của vệ tinh Đầu tiên anten nhận tín hiệu của tuyến lên, kế đến bộ lọc sẽ bỏ đi dãy tần số không mong muốn, bộ khuếch đại nâng công suất tín hiệu lên và tín hiệu được dịch xuống dãy tần phù hợp với dãy tần của tuyến xuống. Tiếp theo bộ khuếch đại, mạng lưới phân kênh tách các kênh riêng lẻ để xử lý như : cân bằng, khuếch đại, lọc… tất cả các kênh sau đó được kết hợp lại và truyền xuống. Để thực hiện các chức năng trên, vệ tinh hoạt động như một trạm chuyển tiếp đơn giải. Thay đổi tần số trên vệ tinh được thực hiện bằng các bộ đổi tần. 1.2.2.2. Trạm điều khiển vệ tinh. Thiết bị ở trung tâm điều khiển được chia thành 2 phần: - Thứ nhất là nhóm thiết bị ăng-ten: Bao gồm các thiết bị để thực hiện đưa các lệnh điều khiển và thu thập các tín hiệu từ vệ tinh. Nhiệm vụ của anten là thu những tín hiệu liên quan đến dữ liệu về tình trạng hoạt động, từ hướng đi cho đến các thông số cảm biến bên trong do vệ tinh gửi về. Sau khi dữ liệu được đưa vào phân tích, xử lý, những lệnh điều khiển cần thiết cũng đi qua antenna này để phát lên vệ tinh. - Phần thứ hai là phần thiết bị trong nhà, chủ yếu là máy tính để xử lý thông tin nhận được từ vệ tinh và đưa các lệnh xử lý cần thiết. Nhiệm vụ xử lý những thông tin mà chiếc antenna gửi về do một hệ thống máy tính đảm nhiệm, gồm máy chủ, hệ thống máy trạm, thiết bị bảo mật và phần mềm chuyên dụng đều được nhà thầu lắp đặt và cung cấp tổng thể. Theo quy trình, những tín hiệu từ vệ tinh sẽ được các chuyên gia của Trung tâm theo dõi và xử lý liên tục 24/24. Trong trường hợp hoạt động ổn định, thì việc điều chỉnh vệ tinh trở về vị trí chính xác được tiến hành định kỳ mỗi tuần một lần. Toàn bộ quy trình điều hướng module, lái hướng pin mặt trời,... trên vệ tinh đều xuất phát từ trung tâm này. Ngoài các nhiệm vụ của trạm điều khiển như: điều khiển vệ tinh bay đúng quỹ đạo, đúng vị trí tọa độ đã quy định (± 0.050 so với vị trí chuẩn ban đầu), theo dõi hoạt động của các thiết bị vệ tinh,… Trạm điều khiển còn có nhiệm vụ quản lý và khai thác các dịch vụ vệ tinh như: quản lý về tần số của các dịch vụ tránh trường hợp gây can nhiễn về tần số, chia băng tần và dung lương hợp lý nhằm sử dụng công suất của toàn bộ phát đáp có hiệu quả, bảo mật thông tin,… antenna diplexer Tracking system Feed Combiner Low Noise Amplifier High Power Amplifier Divider up Converter down Converter Modulator Demod Signal processing Equipment Mux /demux Equipment Connection with terrestrial network 1.2.2.3. Các trạm mặt đất Hình 1.9: Sơ đồ khối chức năng trạm mặt đất. - Hệ thống anten : Đường kính anten thu, phát của trạm mặt đất thông thường từ 0.6 - 30 m tuỳ theo tiêu chuẩn của từng loại trạm. Anten được một hệ thống cơ khí vững chắc giữ, đảm bảo đỡ anten được trong các điều kiện mưa to gió lớn thậm chí động đất. Hệ thống anten được đấu nối trực tiếp với bộ khuếch đại tạp âm thấp LNA và bộ khuếch đại công suất lớn HPA bằng hệ thống ống dẫn sóng. Để ngăn cách giữa tín hiệu công suất phát và tín hiệu thu về không lẫn sang nhau (vì dùng chung antenna) người ta dùng bộ lọc thu phát siêu cao ( Diplexer ). - Hệ thống thu tín hiệu: Tín hiệu SHF thu từ antenna được khuếch đại lên nhờ LNA, sau đó qua bộ chia cao tần rồi vào bộ biến đổi xuống (Down Converter) để đổi từ tần số RF xuống trung tần IF, kế đến qua bộ giải điều chế để thu lại tín hiệu băng tần cơ bản ( Base Band ). Tín hiệu sẽ được xử lý như giải nén, sửa lỗi ( Redundancy ), giải nhấn (De-emphasis), triệt tiếng dội (Echo-Cancellation) ... sau đó các tín hiệu thoại hay truyền hình được phân kênh để có thể truy xuất dễ dàng theo các tần số sóng mang chuẩn. Thu các sóng mang trên đường xuống của vệ tinh ở tần số chọn trước, xử lý tín hiệu này trong trạm để chuyển thành các tín hiệu băng gốc sau đó cung cấp cho các mạng mặt đất hoặc trực tiếp tới các thiết bị đầu cuối của người sử dụng. - Hệ thống phát tín hiệu : Tín hiệu băng tần cơ bản được dồn kênh (Mux), sau đó qua bộ xử lý tín hiệu, điều chế, tổng hợp tần số, đổi tần cho từng kênh riêng lẻ sau đó qua bộ khuếch đại công suất lớn truyền qua Diplexer, Feeder và bức xạ ra antenna.Ngoài ra còn có hệ thống bám vệ tinh (Tracking), hệ thống giám sát, cấp nguồn ... Các thiết bị điện tử trong trạm đều bắt buộc làm việc trong môi trường thích hợp, đó là nhiệt độ 200C với độ ẩm 70% để đảm bảo an toàn, duy trì tuổi thọ cũng như chất lượng thông tin. Một trạm mặt đất có thể có khả năng thu và phát lưu lượng một cách đồng thời hoặc trạm chỉ phát hoặc chỉ thu. 1.3. Phương pháp đa truy nhập. Thông tin vệ tinh là một hệ thống thông tin vô tuyến điểm đến đa điểm, nghĩa là một vệ tinh có thể thông tin với nhiều trạm mặt đất, vì vậy phải sử dụng phương pháp đa truy nhập để tiết kiện tài nguyên. Trong thực tế, một bộ phát đáp có thể phục vụ cùng một lúc nhiều trạm mặt đất khác nhau. Kỹ thuật đa truy nhập là kỹ thuật các trạm mặt đất truy nhập bộ phát đáp vệ tinh, với yêu cầu sóng vô tuyến điện từ các trạm mặt đất riêng lẻ không can nhiễu với nhau. 1.3.1. Đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA) Đây là phương pháp sử dụng rộng rãi nhất. Trong hệ thống này mỗi trạm mặt đất có dùng riêng một tần số phát không trùng với các trạm khác sao cho khoảng cách tần số giữa các trạm không bị chồng lấn lên nhau. FDMA có thể sử dụng cho tất cả các hệ thống điều chế (điều chế số cũng tương tự). Các trạm thu muốn thu được tin tức phải dùng các bộ lọc dải tương ứng với tần số cần thu. Phương pháp này cho phép các trạm truyền dẫn liên tục mà không cần điều khiển định thời đồng bộ, thiết bị sử dụng khá đơn giản. Nhận xét: phương pháp này thiếu tính linh hoạt trong việc thay đổi cách phân phối kênh do: các kênh truyền dẫn được phân chia theo tần số quy định, khi muốn tăng số kênh bắt buộc phải giảm nhỏ băng thông nghĩa là thay đổi các bộ lọc dải đối với trạm thu. Đồng thời phương pháp này tốn kém kênh truyền. Hình 1.10: Băng thông sóng mang truyền dẫn theo kỹ thuật truy nhập FDMA. 1.3.2. Đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA) Một khe D C A B D A Từ trạm chuẩn Thời gian bảo vệ Một khung Hình 1.11: Băng thông sóng mang truyền dẫn theo kỹ thuật truy nhập TDMA. Là một hệ thống các trạm thu mặt đất dùng chung một bộ phát đáp trên cơ sở phân chia theo thời gian. Trước hết phải sử dụng một sóng mang điều chế số. Hệ thống này thường định ra một khung thời gian gọi là khung TDMA. Khung thời gian này sẽ chia ra làm nhiều khoảng tương ứng mỗi trạm mặt đất. Mỗi trạm phát sóng theo khe thời gian của khung quy định. Đồng thời giữa các khe thời gian cần một khoảng thời gian trống để tín hiệu các trạm không chồng nhau về thời gian tại trạm phát đáp. Tương tự tại các trạm thu mặt đất, để lấy được tin tức cần được xác định đúng khe thời gian để lấy sóng mang của chính nó. Đây là phương pháp có thể sử dụng tốt nhất công suất của vệ tinh. Nó có thể thay đổi số khe cũng như độ rộng của khe thời gian trong khung mà không ảnh hưởng gì tới các thiết bị phần cứng. 1.3.3. Đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA) Hình 1.12: Băng thông sóng mang truyền dẫn theo kỹ thuật truy nhập CDMA. Kỹ thuật trải phổ được ứng dụng nhiều trong các hệ thống thông tin vô tuyến quân sự và được đưa vào thông tin vệ tinh trong những năm gần đây. Kỹ thuật CDMA đã được ứng dụng nhiều trong các hệ thống thông tin di động mặt đất và hệ thống vệ tinh tầm thấp. Trong CDMA, sóng mang của trạm VSAT đầu cuối được nhân với một bộ mã và trải phổ ra trên toàn bộ băng tần sử dụng chung với các trạm đầu cuối khác. Mỗi trạm được cấp một mã trải phổ khác nhau mà không bị khôi phục lại ở các trạm đầu cuối khác. Tại đầu thu ở HUB, tín hiệu của từng trạm được tách bằng cách sử dụng/nhân với bộ mã trải phổ tương ứng. Với cơ chế này ở đầu thu tín hiệu mong muốn được khôi phục lại; tín hiệu các kênh khác và nhiễu tạp lại bị trải phổ ra trên toàn băng và có mức ngưỡng thấp hơn tín hiệu mong muốn. Trong thông tin địa tĩnh, tuyến phát từ HUB cho các trạm VSAT CDMA vẫn áp dụng phương thức phát trên một sóng mang duy nhất cho toàn mạng. Để tránh gây nhiễu các vệ tinh gần kề, cần có băng thông đủ rộng để trải phổ công suất tuyến phát trạm VSAT mặt đất. Nếu hệ thống CDMA có nhiều trạm cùng truy nhập trên một băng tần thì tổng mức tín hiệu các kênh khác cộng dồn cũng tạo ra mức nhiễu nền đáng kể so với tín hiệu được khôi phục. Ngoài ra cần có sự kiểm soát và điều khiển công suất phát của các trạm đầu cuối để vẫn đảm bảo chất lượng thông tin nhưng không quá cao có thể gây nhiễu cho các trạm đầu cuối khác. Do vậy áp dụng CDMA cũng hạn chế số lượng trạm cùng truy nhập trong một dải tần số và hiệu quả sử dụng băng thông không cao khi so sánh với kỹ thuật TDMA. Kỹ thuật CDMA có ưu điểm là có thể ứng dụng trong các trạm mặt đất TTVT cơ động liên tục với ăng ten rất nhỏ và không cần bám chính xác vệ tinh. Tín hiệu phát của trạm cơ động được trải ra trên đoạn băng tần lớn và có mức công suất phát chỉ tương đương mức nhiễu nền nên ít gây ảnh hưởng đến các vệ tinh lân cận, cho dù búp sóng của trạm bao trùm các vệ tinh này. CDMA là kỹ thuật truy nhập mới và tốt nhất hiện nay, nhưng chưa được sử dụng rộng rãi trong thông tin vệ tinh địa tĩnh. vệ tinh 1.4. Các loại dịch vụ trong thông tin vệ tinh Hình 1.13: Các dịch vụ qua vệ tinh. Dựa vào đặc điểm của vệ tinh thông tin là có khả năng phát quảng bá trên một vùng địa lý rộng lớn, thông tin vệ tinh đã được sử để thành lập các tuyến thông tin điểm nối điểm và điểm đa điểm. Trên cơ sở các tuyến thông tin trên, thông tin vệ tin được sử dụng để cung cấp các dịch vụ cố định và di động. Một số dịch vụ sau: - Dich vụ điện thoại đường dài: Cung cấp các tuyến đường trục mà mạng mặt đất chưa triển khai tới hoặc các mạng mặt đất quá tải trong giờ cao điểm và làm tuyến dự phòng cho cho tuyến đường trục mặt đất khi có sự cố. - Dịch vụ viễn thông nông thôn: Cung cấp các dịc vụ viễn thông như thoại, fax cho các cùng xa xôi hẻo lánh, các vùng hải đảo những nơi mà mạng mặt đất chưa tới hoặc xây dựng không kinh tế. - Mạng dùng riêng: Cung cấp các dịc vụ viễn thông như thoại, fax, truyền số liệu cho các cơ quan nhà nước, các công ty cần đường truyền có độ sẳn sàng cao. - Dịch vụ lưu động: Cung cấp các dịch vụ truyền số liệu với tốc độ thấp giữa các đài di động như xe tải, tàu biển … với trung tâm điều hành các đài di động. - Chuyển tiếp chương trình truyền hình và phát thanh: Cung cấp đường truyền giữa các trạm HUB của trung tâm truyền hình đến các trạm phát chuyển tiếp đặt tại vị trí cách xa trung tâm. - Truyền hình trực tiếp: Cung cấp các kênh truyền hình mà người xem có thể thu trực tiếp chương tình từ vệ tinh bằng một anten thu có đường kính 60 cm. Dịch vụ này khách hàng trả tiền cước phí hàng tháng tùy thuộc vào số kênh. - Dich vụ băng tần theo yêu cầu: Cung cấp các dịch vụ theo yêu cầu của khách hàng như truyền số liệu tốc độ cao có giao tiếp hoặc không có giao tiếp. Dịch vụ này khách hàng trả tiền theo số lần truyền. - Dịch vụ Internet qua vệ tinh: Cung cấp đường truyền dữ liệu tốc độ cao từ nhà cung cấp dịch vụ Internet (IPS) đến các thuê bao dịch vụ. - Dịch vụ chuẩn đoán bệnh từ xa: Cung cấp các dịch vụ tư vấn y tế cho các bệnh viện ở xa trung tâm y tế và giữa các trung tâm y tế với nhau. - Dịch vụ đạo tạo từ xa: Cung cấp dịch vụ đào tạo từ xa cho các trung tâm đào tạo. 1.5. Kết luận chương Vệ tinh được đưa vào sử dụng rất sớm, có thể nói vệ tinh là một ngành khoa học kỹ thuật đòi hỏi trình độ cao và cần có kinh nghiệm thực tiễn. Cho đến nay hệ thống vệ tinh trên thế giới tương đối hoàn thiện, với nhiều mô hình khác nhau như: vệ tinh toàn cần (GPS), vệ tinh giám sát, vệ tinh địa tĩnh,… trong đó vệ tinh địa tĩnh dùng để truyền dẫn thông tin là phổ biến nhất. Với ưu điểm và sự tiện lợi của việc truyền dẫn thông tin qua vệ tinh, dẫn đến số lượng vệ tinh trên toàn Thế giới tăng nhanh, làm cho tài nguyên vị trí và tần số ngày càng bị co hẹp. Do đó buộc phải ứng dụng kỹ thuật truyền dẫn mới và sử dụng ở tần số cao hơn, mới có thể áp ứng được nhu cần tăng nhanh về lượng thông tin. Trong thông tin vệ tinh môi trường truyền dẫn là không khí (nhiều tần có cấu tạo khác nhau), cự ly thông tin khá dài nên vấn đề suy hao trên đường truyền là rất lớn. Hơn nữa thông tin cần bảo mật cao. Những vấn đề này được làm rõ ở chương tiếp theo. Chương 2: VỆ TINH ĐỊA TĨNH VÀ KỸ THUẬT TRẠM MẶT ĐẤT 2.1. Giới thiệu chung. 2.1.1. Quá trình phát triển của thông tin vệ tinh địa tĩnh. Năm 1963 vệ tinh địa tĩnh đầu tiên SYNCOM được phóng lên quỹ đạo. Trong năm 1965, vệ tinh địa tĩnh thương mại đầu tiên INTELSAT-1 (hay Early Bird) được đưa lên quỹ đạo Các hệ thống vệ tinh đầu tiên chỉ có khả năng cung cấp một dung lượng thấp với giá thuê bao tương đối cao. Đặc điểm nổi bật nhất là tính đa dạng của các dịch vụ mà các hệ thống thông tin vệ tinh cung cấp. Lúc đầu, các hệ thống này được thiết kế để thực hiện truyền thông từ một điểm đến một điểm khác, như đối với các mạng cáp và diện bao phủ rộng của vệ tinh đã được lợi dụng để thiết lập các tuyến thông tin vô tuyến cự ly xa. Kích thước và công suất của các vệ tinh càng tăng lên thì càng cho phép giảm kích thước của trạm mặt đất và do vậy giảm giá thành của chúng, đồng thời tăng số lượng các trạm mặt đất. Bằng cách này, có thể khai thác một tính năng khác của vệ tinh, đó là khả năng thu thập và phát quảng bá các tín hiệu từ hoặc tới một số điểm. Thay vì phát các tín hiệu từ điểm này tới điểm khác, bây giờ có thể phát từ một máy phát duy nhất tới rất nhiều các máy thu trong một vùng rộng lớn, hoặc ngược lại, có thể phát từ nhiều trạm tới một trạm trung tâm duy nhất được gọi là một HUB. Nhờ đó mà các mạng truyền số liệu đa điểm, các mạng phát quảng bá qua vệ tinh và các mạng thu thập dữ liệu đã được khai thác. Có thể phát quảng bá hoặc tới các máy phát chuyển tiếp (hoặc các trạm đầu cáp) hoặc trực tiếp tới khách hàng cá nhân (trường hợp này được gọi là phát quảng bá trực tiếp qua các hệ thống truyền hình qua vệ tinh). Các mạng này hoạt động với các trạm mặt đất nhỏ có đường kính anten từ 0.6m đến 3.5m. 2.1.2. Hoạt động của thông tin vệ tinh địa tĩnh. Hình 2.1: Cấu hình hệ thống thông tin vệ tinh địa tĩnh Hoạt động của hệ thống thông tin vệ tinh có thể được tóm tắt: Tại đầu phát trạm mặt đất, tín hiệu băng tần cơ bản BB (BaseBand) như: tín hiệu thoại, video, telex, fax… được điều chế lên thành trung tần IF (Intermediate Frequency) sau đó được đổi lên thành cao tần RF (Radio Frequency) nhờ bộ đổi tần tuyến lên U/C (Up Coverter), rồi được bộ khuếch đại công suất HPA (High Power Amplifier) khuếch đại lên mức công suất cao và đưa ra anten phát lên vệ tinh. Tín hiệu cao tần từ trạm mặt đất phát truyền dẫn qua không gian tự do tới anten thu của vệ tinh đi vào bộ khuếch đại, sau đó được đổi tần, khuếch đại công suất rồi phát xuống trạm mặt đất thu qua anten phát. Tại trạm thu mặt đất, sóng phát từ vệ tinh truyền dẫn qua không gian tự do tới anten thu rồi đưa qua bộ khuếch đại tạp âm thấp LNA (Low Noise Amplifier), tần số siêu cao RF được biến đổi thành trung tần IF nhờ bộ đổi tần xuống D/C (Down Converter), sau đó đưa sang bộ giải điều chế DEM (Demodulator) để phục hồi lại tín hiệu như lối vào trạm mặt đất. Đặc điểm của thông tin vệ tinh địa tĩnh: Nói tới thông tin vệ tinh, có 3 ưu điểm nổi bật của nó so với các hệ thống thông tin khác là: - Tính quảng bá rộng lớn cho mọi loại địa hình. - Có dải thông rộng. - Nhanh chóng dễ dàng cấu hình lại khi cần thiết. Đối với hệ thống thông tin vô tuyến mặt đất nếu hai trạm muốn thông tin cho nhau thì các anten của chúng phải nhìn thấy nhau, đó gọi là thông tin vô tuyến trong tầm nhìn thẳng. Tuy nhiên do Trái Đất có dạng hình cầu nên khoảng cách giữa hai trạm sẽ bị hạn chế để đảm bảo điều kiện cho các anten còn trông thấy nhau. Đối với khả năng quảng bá cũng vậy, các khu vực trên mặt đất không nhìn thấy anten của đài phát sẽ không thu được tín hiệu nữa. Trong trường hợp bắt buộc phải truyền tin đi xa, người ta có thể dùng phương pháp nâng cao cột anten, truyền sóng phản xạ tầng điện ly hoặc xây dựng các trạm chuyển tiếp. Trên thực tế thì cả ba phương pháp trên đều có nhiều nhược điểm. Việc nâng độ cao của cột anten gặp rất nhiều khó khăn về kinh tế và kỹ thuật mà hiệu quả thì không được bao nhiêu. Tóm lại, để có thể truyền tin đi xa người ta mong muốn xây dựng được các anten rất cao nhưng lại phải ổn định và vững chắc. Sự ra đời của vệ tinh chính là để thoả mãn nhu cầu đó, với vệ tinh người ta có thể truyền sóng đi rất xa và dễ dàng thông tin trên toàn cầu hơn bất cứ một hệ thống thông tin nào khác. Thông qua vệ tinh INTELSAT, lần đầu tiên hai trạm đối diện trên hai bờ Đại Tây Dương đã liên lạc được với nhau. Do khả năng phủ sóng rộng lớn nên vệ tinh rất thích hợp cho các phương thức truyền tin đa điểm đến đa điểm, điểm đến đa điểm (cho dịch vụ quảng bá) hay đa điểm đến một điểm trung tâm HUB (cho dịch vụ thu thập số liệu). Bên cạnh khả năng phủ sóng rộng lớn, băng tần rộng của hệ thống vệ tinh rất thích hợp với các dịch vụ quảng bá hiện tại như truyền hình số phân giải cao HDTV (High Definition Television), phát thanh số hay dịch vụ ISDN thông qua một mạng mặt đất hoặc trực tiếp đến thuê bao DTH (Direct To Home) thông qua trạm VSAT (Very Small Aperture Terminal). Cuối cùng do sử dụng phương tiện truyền dẫn qua giao diện vô tuyến cho nên hệ thống thông tin vệ tinh là rất thích hợp cho khả năng cấu hình lại nếu cần thiết. Các công việc triển khai mạng mới, loại bỏ các trạm cũ hoặc thay đổi tuyến đều có thể thực hiện dễ dàng, nhanh chóng với chi phí thực hiện tối thiểu. Tuy nhiên vệ tinh cũng có những nhược điểm quan trọng đó là: - Không hoàn toàn cố định. - Khoảng cách truyền dẫn xa nên suy hao lớn, ảnh hưởng của tạp âm lớn. - Giá thành lắp đặt hệ thống rất cao, nên chi phí phóng vệ tinh tốn kém mà vẫn còn tồn tại xác suất rủi ro. - Thời gian sử dụng hạn chế, khó bảo dưỡng, sửa chữa và nâng cấp. - Do đường đi của tín hiệu vô tuyến truyền qua vệ tinh khá dài (hơn 70.000 km đối với vệ tinh địa tĩnh) nên từ điểm phát đến điểm nhận sẽ có thời gian trễ đáng kể. Người ta mong muốn vệ tinh có vai trò như là một cột anten cố định nhưng trong thực tế vệ tinh luôn có sự chuyển động tương đối đối với mặt đất, dù là vệ tinh địa tĩnh nhưng vẫn có một sự dao động nhỏ. Điều này buộc trong hệ thống phải có các trạm điều khiển nhằm giữ vệ tinh ở một vị trí nhất định cho thông tin. Thêm nữa do các vệ tinh bay trên quỹ đạo cách rất xa mặt đất cho nên việc truyền sóng giữa các trạm phải chịu sự suy hao lớn, bị ảnh hưởng của các yếu tố thời tiết và phải đi qua nhiều loại môi trường khác nhau. Để vẫn đảm bảo được chất lượng của tuyến người ta phải sử dụng nhiều kỹ thuật bù và chống lỗi phức tạp. 2.2. Vệ tinh thông tin địa tĩnh 2.2.1. Cấu trúc hệ thống thông tin vệ tinh địa tĩnh 2.2.1.1. Phân đoạn không gian Vệ tinh thực chất là một trạm phát lặp tích cực trên tuyến thông tin siêu cao tần: trạm mặt đất phát - vệ tinh thông tin - trạm mặt đất thu, cấu trúc gồm 2 phần chính: - Tải hữu ích (Payload): Tải hữu ích hay còn gọi là tải thông tin là một bộ phận cơ bản của vệ tinh thông tin, đảm nhiệm vai trò phát lặp của một vệ tinh thông tin và thực hiện chức năng: Thu tín hiệu từ các trạm mặt đất cho phát lên trong dải tần và phân cực đã định. Khuếch đại tín hiệu đã thu từ trạm mặt đất phát và giảm mức nhiễu tín hiệu tối đa. Đổi dải tần tuyến lên thành dải tần tuyến xuống. Cấp tín hiệu với mức công suất yêu cầu trong dải tần đã định ra anten phát. Truyền tín hiệu cao tần trong dải tần và phân cực đã định đến anten của trạm mặt đất thu. Đảm bảo thu và phát các kênh sóng trong dải tần và phân cực đã định. Đảm bảo công suất bức xạ đẳng hướng tương đương EIRP trên các vùng phủ sóng của vệ tinh. Đảm bảo mật độ tin cậy của kênh truyền trong suốt thời gian sống của vệ tinh. Tải hữu ích trên một vệ tinh gồm: bộ phát đáp và các anten để thu tín hiệu + Bộ phát đáp: Bộ thu băng rộng 6 GHz 14 GHz 4 GHz 11 GHz Bộ lọc Bộ thu băng rộng Tách kênh Tách kênh Amp (HPA) Coupler Bộ phát đáp là một thiết bị quan trọng nhất của một vệ tinh thông tin, nó thực hiện chức năng chính thu sóng vô tuyến từ trạm mặt đất phát từ tuyến lên, sau đó khuếch đại và đổi tần tín hiệu rồi phát lại xuống trạm mặt đất thu trên tuyến xuống. Hình 2.2: Sơ đồ cấu tạo bộ phát đáp Bộ phát đáp của vệ tinh thông tin bảo đảm một số các chức năng như một bộ phát đáp tích cực trên mặt đất: tín hiệu từ trạm mặt đất tới (tuyến lên) đi qua anten vào máy thu (gồm một bộ khuếch đại tạp âm thấp LNA, bộ dao động nội LO, bộ khuếch đại công suất cao HPA) tới bộ phân kênh đầu vào IMUX, qua bộ tiền khuếch đại DRIVER để đến bộ khuếch đại công suất cao HPA (dùng đèn sóng chạy TWT hoặc Transistor trường) rồi đến bộ ghép kênh đầu ra OMUX và ra anten phát xuống đất (tuyến xuống). + Thiết bị thu băng rộng: Thiết bị thu băng rộng thực hiện chức năng khuếch đại tín hiệu và đổi tần số tuyến lên thành tần số tuyến xuống. Yêu cầu đặc tuyến nhiễu phải đạt sao cho tỷ số sóng mang trên tạp âm phải tốt nhất cho tuyến lên. Hệ thống thu băng rộng thường đạt hệ số khuếch đại 50 ÷ 60dB đủ để bù lại suy hao trong bộ lọc và đổi tần. LO Bộ trộn Couple co Bộ trộn LO Lọc đầu vào AMP AMP LNA LNA Hình 2.3: Sơ đồ bộ thu băng rộng. Do yêu cầu độ tin cậy cao nên hệ thống thu băng rộng có một bộ làm việc và một bộ dự phòng, khi có sự cố sẽ tự động chuyển mạch sang bộ dự phòng. Đầu vào bộ thu tín hiệu băng rộng là bộ khuếch đại tạp âm thấp LNA. Bộ khuếch đại này làm việc ở đoạn tuyến tính của đặc tuyến công tác, có tạp âm thấp khi khuếch đại sóng mang. Tín hiệu sóng mang đã được khuếch đại ở LNA sẽ đi vào bộ trộn tần và được đổi tần nhờ bộ dao động nội LO. Bộ đổi tần được thiết kế sao cho khi đổi tần số sóng mang thu được từ mặt đất phát lên và tần số phát xuống mặt đất với mức tổn hao nhỏ cỡ -5 ÷ -6dB. Thông thường vệ tinh thực hiện dịch 2225MHz giữa tần số thu được từ tuyến lên và tần số phát xuống mặt đất. Bộ dao động nội phát ra tần số 2225MHz có độ ổn định cao, công suất từ bộ dao động nội tới đầu vào bộ trộn cỡ 10dB bằng kỹ thuật nhân tần và mạch vòng khoá pha. Bộ dao động nội được ổn nhiệt rất cao để đảm bảo độ ổn định yêu cầu. + Anten trên vệ tinh thông tin: Anten trên vệ tinh thông tin thực hiện chức năng nhận tín hiệu cao tần truyền lên từ các trạm mặt đất phát và phát tín hiệu cao tần xuống trạm mặt đất thu. Tuỳ theo chức năng vệ tinh có các loại anten sau: Anten dùng để đo xa và điều khiển từ xa, thường ở băng tần VHF. Anten siêu cao tần dùng cho hệ thống thông tin qua vệ tinh. Các vệ tinh địa tĩnh thường dùng loại anten phát tia bao trùm (Global Beam) có độ rộng tại mức suy hao 3 dB là 170 ÷ 180. Anten búp sóng nhọn chừng vài độ dùng để phủ sóng một vùng hẹp nhất định gọi là Spot Beam, loại này đảm bảo công suất không thay đổi trong vùng bao phủ. Đối với vùng phủ toàn cầu sử dụng anten vòi phun ở dải tần 6/4 GHz. Các vòi phun này bức xạ trực tiếp tới bề mặt Trái Đất mà không cần mặt phản xạ. Để điều khiển hình dáng vùng phủ trên mặt đất và công suất phát ra theo ý muốn các anten trên vệ tinh được trang bị đầu thu phát sóng và kết cấu bề mặt phản xạ. Cũng có thể sử dụng anten mặt phản xạ có nhiều vòi phun ở tiêu điểm để tạo ra những búp sóng rời rạc trên vùng bao phủ. - Phần thân (Bus): Phần thân không tham gia trực tiếp vào quá trình phát lặp của hệ thống thông tin vệ tinh. Nhưng nó đảm bảo các điều kiện yêu cầu cho tải hữu ích thực hiện chức năng của một trạm phát lặp. Phần thân có các hệ con: + Ổn định vị trí vệ tinh: Vệ tinh địa tĩnh cần được duy trì vị trí đúng khe quỹ đạo. Vệ tinh địa tĩnh trên quỹ đạo thường bị xê dịch do những nguyên nhân: đường xích đạo của Trái Đất không phải là tròn lý tưởng, tác động trọng trường của mặt trời - mặt trăng … do vậy phải dùng các động cơ phản lực để đưa vệ tinh trở lại đúng vị trí. Thông thường dung sai cho phép là 0.050 theo hướng Bắc – Nam và 0.050 theo hướng Đông – Tây. Để xác định sự sai lệch vị trí vệ tinh dùng các anten bám sát tại các trạm mặt đất. Khi có sự sai lệch vị trí các trạm điều khiển ở mặt đất (TT&C) sẽ đưa lệnh điều khiển lên vệ tinh điều khiển các tên lửa đẩy trên vệ tinh đưa nó về đúng vị trí. + Hệ giám sát, đo xa và điều khiển (TT&C): Hệ TT&C rất cần thiết cho sự vận hành có hiệu quả của vệ tinh thông tin, nó là một phần trong nhiệm vụ quản lý vệ tinh. Nó thực hiện các chức năng chính sau: Cung cấp các thông tin kiểm tra các phân hệ (hay còn gọi là các hệ con) trên vệ tinh cho trạm điều khiển mặt đất. Nhận lệnh điều khiển vị trí và tư thế của trạm điều khiển ở mặt đất. Giúp trạm điều khiển ở mặt đất theo dõi tình trạng thiết bị trên vệ tinh. + Hệ cung cấp điện năng: Nguồn điện dùng để cung cấp cho các thiết bị trên vệ tinh được lấy chủ yếu từ các tế bào pin mặt trời. Pin mặt trời có thể làm bằng Si hoặc GaAs. Có 2 dạng pin mặt trời: Pin mặt trời dạng hình trụ, thường sử dụng cho các vệ tinh ổn định trạng thái bằng phương pháp trục quay. Pin mặt trời dạng cánh mỏng (gọi là cánh pin mặt trời) thường dùng cho vệ tinh ổn định bằng phương pháp 3 trục. Công suất của pin cung cấp phụ thuộc vào cường độ ánh sang chiếu vào, nó đạt công suất cực đại khi tia sáng mặt trời chiếu tới vuông góc với mặt pin, khi các tia sáng đi song song với mặt cánh pin thì công suất bằng không. Để các cánh pin luôn hướng về phía mặt trời đảm bảo cung cấp năng lượng cho các thiết bị thì phải dùng các mô tơ điều khiển tư thế. + Hệ thống điều hoà nhiệt: Nhiệm vụ của hệ điều hoà nhiệt là luôn duy trì cho các thiết bị trên vệ tinh được làm việc trong dải nhiệt độ thích hợp, ổn định. Người ta khống chế nhiệt độ các phần khác nhau trên vệ tinh bằng cách cho trao đổi nhiệt giữa các điểm có nhiệt độ khác nhau (sử dụng ống dẫn khí hoặc chất lỏng để dẫn nhiệt tới các bộ toả nhiệt) hoặc tăng nhiệt (sử dụng các bộ nung) hoặc sử dụng các bề mặt có tính quang nhiệt (dễ phản xạ nhiệt hoặc hấp thụ nhiệt). 2.2.1.2. Phân đoạn mặt đất Hình 2.4: Cấu hình trạm mặt đất Phân đoạn mặt đất bao gồm toàn bộ hệ thống trạm thu – phát mặt đất. Khi muốn thiết lập đường liên lạc với 2 điểm trực tiếp với nhau trên Trái Đất thông qua trạm chuyển tiếp vệ tinh thông tin người ta phải thiết lập 2 trạm trên mặt đất. Do đó có tên gọi là trạm mặt đất thông tin vệ tinh SES (Satellite Earth Station) làm chức năng phát tín hiệu lên vệ tinh và thu tín hiệu từ vệ tinh về - thực hiện kết nối vệ tinh thông tin với các mạng vệ tinh mặt đất. Các trạm này thường nối với các mạng thông tin nội địa mặt đất để cung cấp các dịch vụ cho người sử dụng hoặc có thể trực tiếp cung cấp các dịch vụ cho người sử dụng. Một trạm mặt đất bao gồm: thiết bị thông tin, thiết bị truyền dẫn mặt đất, thiết bị cung cấp nguồn và hệ thống TT&C vệ tinh. Thiết bị thông tin trong trạm mặt đất như: anten, thiết bị thu và phát sóng siêu cao tần, các bộ biến đổi tần tuyến lên và tuyến xuống, hệ thống xử lý tín hiệu, hệ thống thiết bị băng tần cơ bản, hệ thống bám vệ tinh,… 2.2.1.3. Hệ thống cung cấp nguồn và điều hoà nhiệt Để đảm bảo cho liên lạc không bị gián đoạn do các sự cố nguồn gây ra, trạm mặt đất phải được cung cấp bằng nguồn điện không bao giờ bị ngắt UPS (Uninterupted Power Supply). UPS cung cấp nguồn với độ ổn định cho phép, đủ công suất cho toàn bộ các thiết bị trong trạm. Để đảm bảo các yêu cầu trên, bộ nguồn UPS phải được dự phòng và bản thân nó là một thiết bị có thể điều khiển được về mọi mặt. Khi mất điện lưới thì nguồn ắcquy được rung lên rồi ổn định và cấp nguồn cho hệ thống. Các thiết bị điện tử trong trạm đều bắt buộc làm việc trong điều kiện môi trường tốt đó là nhiệt độ 200C với độ ẩm dưới 45% để đảm bảo an toàn, duy trì tuổi thọ cũng như chất lượng thông tin. 2.3. Kỹ thuật trạm mặt đất. 2.3.1. Hệ thống anten. 2.3.1.1. Đặc tính, yêu cầu của anten trạm mặt đất Để thu được những sóng yếu đến từ vệ tinh và có thể phát đi các sóng có công suất đủ mạnh lên vệ tinh, anten cần có một số đặc tính sau: + Độ lợi đẳng hướng và hiệu suất cao để đảm bảo tỉ số C/N + Độ định hướng cao dọc theo trục của anten và nhỏ ở các hướng khác (búp phụ nhỏ) để không can nhiễu vào các hệ thống khác (vệ tinh, mặt đất). Ví dụ: Độ rộng nửa công suất (-3dB Beamwidth) cho tuyến lên của anten phải đủ hẹp để không làm nhiễu vào các vệ tinh lân cận (được đặt cách nó 2o trên quỹ đạo địa tĩnh) -3dB Geosynchronous orbit Main lobe Sidelobes Null Null 1.60 20 20 40 Hình 2.5. Độ rộng búp sóng anten trạm mặt đất θ3dB ≤ 1,6O. Đối với anten parabol thì độ rộng búp xạ không (BWFN) gấp 2.5 lần độ rộng -3dB. Giả sử hai vệ tinh lân cận nằm ở hai trục bức xạ không thì BWFN = 4O suy ra θ3dBmax ≤ 1,6O 2.3.1.2. Phân loại anten Có nhiều loại anten khác nhau có thể sử dụng ở trạm mặt đất. Tuỳ theo tiêu chuẩn từng loại trạm mà đường kính của anten thu – phát trạm mặt đất thông thường có đường kính từ 0.6 ÷ 30 m. Có 3 loại anten hình 2.6 thường dùng trong truyền hình vệ tinh, đó là: + Anten có phễu đặt tại tiêu điểm (Prime Focus Antenna) + Anten có phễu đặt lệch trục (Offset – Fed Antenna) + Anten hai mặt phản xạ (Cassegrain Antenna) Sub-relector Feed horn Parabolic Antenna (Focal Feed) Cassegrain Antenna Offset Parabolic Antenna main-relector Offset Gregorian Antenna Hình 2.6: Các loại anten dùng trong truyền hình vệ tinh 2.3.1.3. Các thông số của anten parabol đối xứng - Kích thước và cấu trúc của antenna: Kích thước và cấu trúc của antenna quan hệ đến đặc tính độ lợi, hiệu suất … Cấu trúc của anten parabol được mô tả ở Hình 2.7 Hình 2.7: Cấu trúc của anten parabol đối xứng Ta có quan hệ: f = [m] (2.1) Trong đó: D là đường kính chảo parabol = 2y x là bề sâu lòng chảo, được tính từ tâm đến mặt chảo f là tiêu cự chảo, được tính từ tâm chảo đến tiêu điểm của nó. - Hiệu suất của anten: Hiệu suất của chảo còn bị chi phối bởi tỉ số f/D (focal/diameter). Nếu tỉ số này nhỏ (0.3), tức chảo sâu (chảo sâu nhất có tỉ số f/D = 0.25) thì chiều dài tiêu cự nhỏ nên đòi hỏi Feedhorn có góc mở chùm sóng (beamwidth) rộng hơn và búp phụ nhỏ, ít gây tạp nhiễu nhưng làm giảm độ lợi. Còn tỉ số f/D lớn thì tiêu cự dài, yêu cầu Feedhorn có góc mở chùm sóng hẹp, độ lợi tăng nhưng búp phụ lớn, làm tăng tạp nhiễu. Tỉ số f/D thường được chọn từ 0.33 - 0.6. Đối với anten đối xứng, f/D từ 0,3 – 0,45. Thường gặp nhất là: f/D = 0.4 Hình 2.8: Tín hiệu phản xạ trên bề mặt anten Hình 2.9 là cường độ tín hiệu tiêu biểu phân bố trên mặt phản xạ của chảo liên quan đến góc mở của Feedhorn. Hình 2.9: Quan hệ giữa mức năng lượng ở rìa chảo và tỉ số f/D. Hình 2.9 : Quan hệ giữa mức năng lượng ở rìa chảo và tỉ số f/D. - Nhiệt độ nhiễu của anten (TA): Nhiệt độ nhiễu của anten (TA) phụ thuộc vào 3 yếu tố chính: + Tần số hoạt động + Góc ngẩng + Điều kiện trời trong hay trời mưa + Nhiễu từ nhiệt độ môi trường, thường là 293OK (do Feedhorn hướng về trái đất). + Nhiệt độ nhiễu anten, thông thường từ 30O - 50 OK (TSKY + TGROUND). TA ảnh hưởng đến hệ số phẩm chất trạm mặt đất G/T. - Độ lợi anten: Độ lợi của anten là tỉ số của công suất phát xạ (hay công suất nhận) trên đơn vị góc khối của một anten phát xạ (hay nhận) định hướng và một anten đẳng hướng có cùng công suất. Gmax = .Aeff (2.2) Với c = λ.f = 3.108 [m/s] f [Hz] là tần số của sóng điện từ anten tròn có diện tích bề mặt là : A = Suy ra diện tích bề mặt hiệu dụng là: Aeff = η A η : hiệu suất của anten Thay tất cả vào (2.2) được: Gmax = η.()2 = η.()2 (2.3) biểu diễn theo dBi cách li (dB above isotropic antenna): Gmax[dBi] = 10lg{η.()2} = 10lg{η.()2} (2.4) Mẫu bức xạ (Radiation Pattern) anten parabol được chỉ ra ở hình 2.10. Hình 2.10. Góc bức xạ của anten, beam width 3dB - Độ rộng búp hướng antenna: Tham số độ rộng búp hướng (Beamwidth) anten biểu thị khả năng định hướng (Directivity) của anten vô tuyến. Người ta thường sử dụng búp hướng –3dB để chỉ hướng có độ lợi giảm 50% so với giá trị cực đại (góc nửa công suất). Giá trị này phụ thuộc vào tỉ số bước sóng công tác và đường kính của anten (λ/D). = 70( λ/D) = 70.(c/fD) [degree] (2.5) Ở hướng lệch α (từ o - /2) so với hướng chính, độ lợi cho bởi: Gα[dB] = Gmax – 12(α/) Từ (2.3) và (2.5) suy ra quan hệ giữa độ lợi và độ rộng búp hướng, quan hệ này độc lập với tần số: Gmax = η.()2 = η.()2 (2.6) Nếu chọn giá trị η = 0,6; thường η = từ 0,5 đến 0,7, ta có : Gmax = Do đó có: Gmax[dBi] = 44,6 – 20lg (2.7) = [Degree] (2.8) Kết luận: Mối quan hệ giữa G, D và của anten parabol đối xứng được mô tả theo hình 2.14 dưới đây : Chú ý f tính bằng GHz. Bước 1 là tính: θ-3dB = [degree] (2.9) Bước 2 là tính: G = 46,8 – 20lg θ-3dB + 10lgη [dBi] (2.10) Bước 3 là tính: D = [m] (2.11) Bước 4 là tính: G = 20,4 + 20lgD + 20lgf +20lgη [dBi] (2.12) Bước 5 là tính: D = [m] (2.13) Bước 6 là tính: θ-3dB = [degree] (2.14) 1 Hệ số khuếch đại anten G[dB] Đường kính anten [m] Búp hướng anten θ3dB [độ] 2 3 6 5 4 Hình 2.11. Mô tả quan hệ G, D và của anten parabol đối xứng Bảng 2.10 quan hệ giữa độ lợi và đường kính khác nhau ở hiệu suất tiêu chuẩn η=0.6 Bảng 2.1: Độ lợi anten với các đường kính khác nhau ở những băng tần chính. DIAMETER [m] ANTENNA GAIN [ dB ], Efficiency η = 60% 2GHz 4GHz 6GHz 11GHz 14GHz 20GHz 30GHz 1 24.2 30.22 33.7 39.00 41.4 44.19 47.7 2 30.2 36.23 39.7 45.02 47.1 50.21 53.7 4 36.2 42.25 45.7 51.04 53.1 56.23 59.7 6 39.7 45.77 49.3 54.56 56.7 59.75 63.3 8 42.2 48.27 51.7 57.06 59.1 62.25 65.7 10 44.2 50.01 53.7 59.00 61.1 64.19 67.7 15 47.7 53.73 57.2 62.52 64.6 67.71 71.67 - Hệ số sóng đứng: Nguyên nhân phát sinh sóng đứng là do có một số tia sóng phản xạ ở rìa chảo (front-end) chênh lệch về khoảng cách với chùm sóng chính ở tâm chảo khi tập trung về tiêu điểm. Thời gian chênh lệch đó làm sai pha, gây nên sóng đứng (VSWR). Ngoài ra, sóng đứng còn do lòng chảo gồ ghề, méo mó và do giá đỡ phễu gây nên. Tỉ số VSWR cho phép không vượt quá 2:1, giá trị cho phép là 1,5:1 hay nhỏ hơn. 2.3.2. Dải thông Dải thông RF là khả năng của bộ biến đổi để bao phủ băng RF hoạt động, phát (hoặc thu) bằng cách hiệu chỉnh tần số dao động nội LO để bao phủ đầy đủ dải thông RF (khoảng 575 MHz). Dải thông IF phụ thuộc vào tần số IF được lựa chọn. Nếu tần số IF là 70 MHz thì dải thông là 36 MHz, còn nếu tần số IF là 140 MHz thì dải thông sẽ là 72 MHz. Với kiểu biến đổi này, tất cả sóng mang của một bộ phát đáp có thể được biến đổi lên hoặc xuống. Theo cách thức đó mỗi sóng mang sẽ khác với tần số trung tâm cho nên tần số sóng mang sẽ được điều chỉnh và mang tới modem. 2.3.3. Kỹ thuật trong truyền dẫn 2.3.3.1. Kỹ thuật đồng bộ: Đồng bộ có nghĩa là tạo tần số đồng hồ để xác định vị trí bắt đầu và kết thúc của tin tức bao gồm: Đồng bộ bit: phát đi các bit đồng bộ, bên thu sẽ tái tạo lại tín hiệu đồng hồ từ các tín hiệu thu được để tạo ra các vị trí giống nhau ở cả phía phát và thu. Đồng bộ khung: ở hệ thống TDMA sẽ có nhiều kênh thông tin sử dụng một đường, nên phái xác định rõ ràng thứ tự các thông tin cho việc ghét kênh và phân kênh. Các xung đồng bộ có chức năng chỉ ra điểm đẩu của một khung được phát đi, đồng thời chỉ rõ thời điểm đóng mở các cổng phân kênh Thứ tự phân kênh, ghép kênh định thời các thông tin được thiết lập giống nhau ở cả hướng thu và phát. Quá trình này được gọi là đồng bộ khung. Đồng bộ mạng: để tạo tần số đồng bộ như nhau trên toàn bộ mạng truyền dẫn. 2.3.3.2. Sửa lỗi mã: - Do tín hiệu nơi thu cực kỳ bé nên lỗi mà do tạp âm gây ra là không thể tranh khỏi. - Có hai cách sửa mã: + FEC (Forward Error Correction) dùng để sửa lỗi tại bên thu, trong đó chỉ có bên thu kiểm tra và xác định vị trí lỗi và sửa số liệu bị lỗi. + ARQ (Automatic Repeat Request) là loại yêu cầu phát lại tự động, trong đó phía thu chỉ phát hiện lỗi và yêu cầu phía phát lại số liệu. - Điện thoại và TV sử dụng FEC vì nó đòi hỏi thời gian thực, còn ARQ sử dụng trong truyền số liệu vì nó không cần thiết truyền dẫn theo thời gian thực. 2.3.4. Các thiết bị truyền dẫn số trên mặt đất Nguồn số Nguồn ttự Bộ TDM Mã hóa số liệu Mã hóa kênh Xáo trộn Bộ mã hóa Giải điều chế Giải mã khóa số liệu Điền chế số Tốc độ bit Rb (bit/s) Tốc độ bit Rc (bit/s) Tốc độ bit R (baud) Bộ xáo trộn Giải mã kênh Giải điều chế TDM Tốc độ bit Rb (bit/s) Tốc độ bit Rb (bit/s) Người dùng Truyền dẫn số liên quan đến các tuyến thông tin vô tuyến mà các đầu cuối khách hàng của chúng tạo ra các tín hiệu số. Nhưng cũng có thể phát các tín hiệu gốc tương tự trong dạng số. Mặc dù sự lựa chọn này hàm ý một sự gia tăng băng tần gốc, nhưng nó cũng cho phép các tín hiệu từ các nguồn khác nhau được phát đi trên cùng một kênh vệ tinh và tuyến thông tin vệ tinh được kết nối vào mạng số đa dịch vụ tích hợp. Điều này hàm ý sử dụng các kỹ thuật ghép kênh phân chia theo thời gian (TDM). Hình 2.12: Các thành phần của một chuỗi truyền dẫn số qua vệ tinh. 2.3.4.1. Số hoá tín hiệu tương tự Số hoá tín hiệu tương tự gồm 3 giai đoạn: lấy mẫu, lượng tử hóa, mã hóa nguồn. - Lấy mẫu: Việc lấy mẫu phải được thực hiện tại một tần số Fs ít nhất bằng hai lần tần số cực đại fmax của phổ tín hiệu tương tự. Tín hiệu tại đầu ra bộ lấy mẫu là một dãy xung điều biên (PAM). Đối với tiếng nói trên một kênh thoại, fmax = 3400 Hz và Fs=8KHz. Đối với chương trình phát thanh fmax=15KHz và Fs=32KHz. - Lượng tử hoá: Sau đó, mỗi mẫu được lượng tử hoá thành một số lượng xác định M mức rời rạc. Quá trình lượng tử hoá sẽ tạo ra một sai lỗi được mô tả như tạp âm lượng tử hoá. Lượng tử hoá có thể đồng nhất hoặc không đồng nhất tuỳ theo bước lượng tử hoá; bước này có thể độc lập hoặc là một hàm số của giá trị mẫu. Trong trường hợp lượng tử hoá không đồng nhất, có thể chấp nhận sử dụng luật lượng tử hoá cho phân cấp biên độ của các mẫu nhằm duy trì một tỷ số tín hiệu trên tạp âm lượng tử hoá không đổi cho tất cả các biên độ mẫu. Hoạt động này được gọi là nén. Đối với các mẫu của tiếng nói, hiện nay có hai luật nén được sử dụng đó là nén theo “quy luật A” và “quy luật µ”. - Mã hoá nguồn: Các mẫu lượng tử hoá có một số lượng M mức, các mức đó có thể được đại diện bởi một bảng ký tự xác định của một tín hiệu sẽ được phát đi trên tuyến. Hoạt động này được gọi là mã hoá nguồn (PCM) nhằm phân biệt nó với mã hoá kênh và nhiệm vụ chính là chống lỗi truyền dẫn. Phần tử thông thường của bảng ký tự này là tín hiệu nhị phân và do vậy nó nhất thiết phải phát đi m = log2M bit cho mỗi mẫu và đó là tốc độ bit: Rq = Fslog2M Ví dụ: đối với điện thoại, nếu M=28=256 thì cần có 8 bit cho một mẫu. Với Fs=8KHz, tốc độ bit sẽ là Rq=64Kbps. Đối với một chương trình phát thanh mã hoá nguồn có nén được sử dụng sẽ cung cấp một tốc độ bit là 384Kbps. Các kỹ thuật khác nhau sẽ được sử dụng để giảm tốc độ bit. Các kỹ thuật này lợi dụng sự dư thừa hiện diện giữa các mẫu kế tiếp nhau. Theo cách này một tốc độ bit Rb ≤ Rq có thể đạt được và đó là tốc độ thông tin cần được phát. Các kỹ thuật này còn được gọi là mã hoá tốc độ thấp (LRE – Low Rate Encoding). Chúng có thể áp dụng cho tiếng nói và hình ảnh. Đối với điện thoại, thiết bị thông dụng nhất sử dụng mã hoá vi phân thích ứng (ADPCM – Adaptive Differential PCM) cung cấp một giá trị Rq=32Kbps. 2.3.4.2. Thiết bị bảo mật (Encryption) Thiết bị bảo mật được sử dụng khi muốn ngăn chặn việc khai thác, hoặc can thiệp vào các tin tức được phát của những người dùng không được phép. Nó là phép thực hiện một phép thuật giải theo từng bit theo thời gian thực trên dòng nhị phân. Tập trung các tham số dùng để xác định phép biến đổi được gọi là “khoá”. Mặc dù việc sử dụng thiết bị bảo mật thường liên quan đến thông tin quân sự, song các hệ thống vệ tinh thương mại cũng đang được ngày càng nhiều khách hàng đề nghị có các tuyến được bảo mật, đặc biệt là các mạng thương mại và quản trị. Trong thực tế, do vùng bao phủ vệ tinh rất rộng và có thể truy nhập tới các vệ tinh đó bằng các trạm nhỏ, cho nên việc nghe nén và ngụy tạo tin tức là rất cao. Khối mã hóa Khối giải mã khóa Kẻ xâm nhập Phân bố khóa (Phân bố khóa công khai) Mã khóa Mã khóa Kênh vệ tinh Văn bản rõ Văn bản mã hóa Văn bản rõ Hình 2.13 Minh hoạ nguyên lý truyền dẫn bảo mật. Các khối bảo mật và giải bảo mật hoạt động với một chìa khoá do các khối tạo khoá cung cấp. Việc có được một chìa khoá chung hàm ý một phương pháp an toàn cho phân phối khóa. Hình 2.13: Nguyên lý truyền dẫn bảo mật Bảo mật bao gồm hai khía cạnh: - Khía cạnh bảo mật: tránh không để những người không được phép khai thác tin tức. - Khía cạnh xác thực: cung cấp việc bảo vệ không cho kẻ thâm nhập có bất kỳ sự thay đổi tin tức nào. Hai kỹ thuật được sử dụng trong thiết bị bảo mật là: - Bảo mật trực tuyến (mật mã luồng) mỗi bit của một dòng nhị phân gốc (văn bản rõ) được kết hợp, nhờ sử dụng một phép tính đơn giản (chẳng hạn như cộng modun 2) với mỗi bit của một dòng nhị phân (dòng khoá) do một thiết bị khoá tạo ra. Dòng này, có thể là một bộ tạo chuỗi giả ngẫu nhiên mà cấu trúc của nó do mã khoá quyết định. - Bảo mật theo khối (mật mã hoá khối) chuyển một dòng nhị phân gốc thành một dãy mật hoá được thực hiện theo từng khối theo một logic do khoá mã xác định. 2.3.4.3. Bộ mã hoá kênh (Channel Encoder) Hình 2.16 minh họa nguyên lý của mã hoá kênh. Mục tiêu của mã hoá kênh là cộng thêm các bit sửa lỗi (redundant bits) vào các bit thông tin để máy thu có thể dò và sửa lỗi. Tỷ lệ mã ρ được định nghĩa: ρ = Trong đó r là số bit được thêm vào n bit thông tin Tốc độ bit tại ngõ vào bộ mã hoá là Rb [b/s], tại ngõ ra là Rc = Rb/ ρ [b/s] Các bit dư thưa r Bộ mã hóa kênh Hệ số mã hóa p = n/n+r Ký tự số liệu thông tin N=2n Ký tự số liệu thông tin N=2n Tốc độ vào Rb Tốc độ vào Rb Hình 2.14: Nguyên lý của mã hoá kênh Mã kênh được ứng dụng trong sửa lỗi trực tiếp FEC (Forward error correct). FEC được mã ở phía phát. FEC = ρ = 1/2, 2/3, 3/4, 7/8. 2.3.5. Kỹ thuật điều chế Điều chế tín hiệu là biến đổi tin tức cần truyền sang một dạng năng lượng mới có quy luật biến đổi theo tin tức và thích hợp với môi trường truyền dẫn. Quá trình điều chế là quá trình dùng tín hiệu tin tức để thay đổi một hay nhiều thông số của phương tiện mang tin. Phương tiện mang tin trong thông tin vệ tinh thường là sóng điện từ cao tần (RF). Việc điều chế phải đảm bảo sao cho tín hiệu ít bị can nhiễu nhất khi sóng mang đi qua môi trường trung gian. Điều chế pha (khóa dịch pha PSK – Phase Shift Keying) đặc biệt thích hợp đối với các tuyến vệ tinh. Trong thực tế nó sử dụng lợi thế của một đường bao không đổi nên nó cung cấp hiệu quả phổ tốt hơn. Khi sóng mang đi qua môi trường trung gian. Đối tín hiệu tương tự thì kiểu điều chế thường dùng trong thông tin vệ tinh là điều chế FM (dùng do thoại, số liệu và truyền hình). Các phương pháp điều biên AM và điều pha QAM (điều chế cầu phương) rất ít dùng bởi khoảng cách truyền dẫn rất lớn của tuyến vệ tinh cùng với các tạp âm đường truyền sẽ làm cho biên độ sóng mang bị thay đổi rất mạnh gây nhiều khó khăn cho quá trình giải điều chế. Còn các kỹ thuật điều chế số dựa trên cơ sở dùng các biên pháp tải các dòng bít lên sóng mang. Tín hiệu ở băng gốc bao giờ cũng là tín hiệu tương tự nên chúng phải được chuyển thành tín hiệu số nhờ phương thức PCM trước khi đem điều chế. Kỹ thuật điều chế số được sử dụng trong thông tin vệ tinh thường là điều chế dịch mức pha PSK và điều chế dịch mức pha vi sai DE-PSK (Different Encode PKS). Ưu điểm của kỹ thuật điều chế số là nó khai thác được các mặt mạnh của tín hiệu số so với tín hiệu tương tự, ít bị can nhiễu của môi trường và dễ kết hợp với các quá trình xử lý như: mã hóa, bảo mật, chống lỗi, sửa lỗi,… 2.4. Các thông số cơ bản trên tuyến truyền thông tin 2.4.1. Các mức công suất 2.4.1.1 Công suất bức xạ đẳng hướng tương đương Cho một anten có hệ số khuếch đại GT = 1, góc đặc là góc được tạo bởi một cung có độ dài bằng bán kính. Đặt một công suất RF có giá trị PT tại tâm hình cầu khi đó ta có công suất bức xạ trên một đơn vị góc đặc anten đẳng hướng là: [ w/steradian ] (2.15) Anten đẳng hướng Công suất bức xạ trên 1 đơn vị góc đặc GT = 1 PT Hướng mà giá trị độ lợi truyền cực đại là GT, bất kỳ anten nào bức xạ trên đơn vị góc đặc bằng: [ w/steradian ] (2.16) Hình 2.15: Mô tả anten đẳng hướng. PTGT = EIRP [ w ] (2.17) + EIRP (Equivalent Isotropic Radiated Power) gọi là công suất bức xạ đẳng hướng tương đương GT Area A Góc đặc A/R2 Hình 2.16: Anten thực bức xạ vùng A. Hình 2.16 minh họa cách tính công suất bức xạ trên vùng A PA = (PT GT /4) (A/R2) = A PTGT/4R2 [w] (2.18) + Mật độ thông lượng công suất ở cự ly R: ф = [W/m2] (2.19) Trong đó: EIRP : Là công suất bức xạ đẳng hướng. PT : Công suất đưa ra anten phát. GT: Độ lợi anten phát; trường hợp anten vô hướng GT = 1 (0dB). ф: Mật độ thông lượng công suất. Ahd GR PR PT GT Hình 2.17: Tính mức công suất thu. 2.4.1.2. Công suất thu Tính công suất thu PR ở cự ly R: PR = фAhd = Ahd Ahd (2.20) Ahd = λ2 [m2 ] (2.21) Trong đó Ahd : diện tích hiệu dụng của anten thu. λ : bước sóng thu Thay (2.20) vào (2.21) có: PR = λ2 = PTGTGR()2 = PTGTGR [w] (2.22) Trong đó LFS = ()2 là tổn hao trong không gian tự do (2.23) Do vậy PR = [W] (2.24) 2.4.2. Các loại suy hao 2.4.2.1. Suy hao do phi đơ thu phát PRX TX LFTX LFRX RX Tổn hao do Feeder phát Tổn hao do Feeder thu L PT PR GT GR PTX Hình 2.18: Tính suy hao thu phát. Suy hao LFTX giữa máy phát và anten phát là suy hao bởi các ống dẫn sóng và các đầu nối, để anten bức xạ một công suất PT thì công suất tại đầu ra bộ khuếch đại của máy phát có độ lớn: PTX = PT.LFTX (2.25) Tính theo dB: PTX[dB] = PT[dB] + LFTX[dB] (2.26) Từ đó có thể tính công suất bức xạ đẳng hướng hiệu dụng: EIRP = PTGT = [w] (2.27) Suy hao giữa máy thu và anten thu là suy hao tạo nên bởi các phi đơ dẫn sóng và các đầu nối. Công suất PRX tại đầu vào máy thu có độ lớn như sau: PRX = [w] (2.28) Tính theo dB: PRX[dB] = PR[dB] - LFRX[dB] 2.4.2.2. Suy hao do anten thu phát lệch nhau (Hình 2.23) Khi anten phát và thu lệch nhau thì sẽ tạo ra suy hao vì búp sóng chính của anten thu không hướng đúng chùm tia phát xạ của anten phát, ta biểu diễn hai loại suy hao bằng công thức sau: aT aR GT GR PR PT Hình 2.19: Suy hao do anten thu phát lệnh nhau LT = 10 lg e = 12()2 [dB] (2.29) LR = 10 lg e = 12()2 [dB] (2.30) = [degrees] (2.31) Trong đó D: đường kính anten parabol. C = 3.108 : tốc độ truyền sóng λ : bước sóng f: tần số sóng 2.4.2.3. Suy hao do không thu đúng phân cực Loại suy hao này xảy ra khi anten thu không đúng hướng phát cùng với phân cực sóng máy thu, ví dụ đối với sóng điện từ phát đi phân cực tròn thì chỉ trên trục bức xạ của anten sóng mới có phân cực tròn, ngoài trục bức xạ phân cực biến dạng thành ellip, khi truyền trong môi trường khác nhau (đặc biệt trong mưa) phân cực bị biến đổi. Nếu gọi σ là góc giữa hai mặt sóng thì suy hao do lệch phân cực được biểu diễn: LPOL = 20 lg(cosσ) [dB] (2.32) Thường lấy góc lệch beam 3 dB trong phân cực tròn. 2.4.2.4. Suy hao do khí quyển L = LFSLA (2.33) LA: Suy hao do khí quyển bao gồm suy hao trong tầng điện ly (chủ yếu là suy hao trong mây từ) và suy hao trong tầng đối lưu (chủ yếu suy hao trong chất khí O2 và hơi nước H2O) 2.4.2.5. Suy hao do mưa và mây Nước ta mưa nhiều nên việc thu sóng vệ tinh cũng bị ảnh hưởng không ít. Theo Hình 2.24, Việt Nam nằm ở vùng quy định N của ITU. Bảng 2.3 là lượng mưa trung bình ở vùng châu Á-Thái Bình Dương. Suy hao do mưa Arain được tính theo công thức: Arain = γRLe [dB] (2.34) Trong đó γR: Suy hao trên một đơn vị dài (dB/Km), γR phụ thuộc tần số sóng mang và lượng mưa RP (mm/h). γR được xác định từ nomogram. Kết quả sẽ là giá trị suy giảm theo phần trăm trong năm (p) Le: Chiều dài thực của đoạn đường sóng đi qua mưa (Km) Hình 2.20: Lượng mưa trung bình (mm/h) của các vùng trên thế giới. Bảng 2.2: Lượng mưa tương ứng với tổng thời gian suy giảm tín hiệu do mưa trung bình trong năm. 1 năm = 8.760 h; 0,3% của 1 năm = 26,28h. 99,7% được tính trong vùng mưa N đòi hỏi máy thu dự trữ đủ trên mức ngưỡng ứng với lượng mưa nhỏ hơn 15 mm/h. Trạm mặt đất Trạm không gian hr - hr hR LS e LG Hình 2.21. Tính suy giảm do mưa của CCIR Tính toán Arain: + Tính độ cao mưa hR (Km), hình 2.25 hR = 3 + 0.028 nếu 00 < υ <360 (2.35) hR = 4 – 0.075 ( υ - 360) nếu υ ≥ 360 (2.36) υ: Là vĩ độ. + Tính đoạn đường nằm nghiêng đi qua mưa LS: hình 2.25 LS = [Km] Với e : góc ngẩng của trạm mặt đất, e > 50 hS : Là độ cao anten trạm mặt đất so với mực nước biển (Km) + Tính toán chiều dài hình chiếu LG của chiều dài nghiêng đi qua mưa LS: LG = LScos e [Km] (2.37) + r0.01 là hệ số rút gọn đoạn đường đối với 0.01% thời gian toán đồ tính khi lượng mưa không đồng đều. r0.01= (2.38) Ở đây LO = 35e -0.015R [Km] (2.39) Hoặc r0.01 = [Km] (2.40) Xác định tỷ lệ mưa (R0.01) vượt quá 0.01% của một năm trung bình từ Bảng 2.2 cho trạm mặt đất + Tính quãng đường thực tế sóng đi qua mưa sẽ là Le = LS . r0.01 [Km] (2.41) + Tính toán suy hao đơn vị chiều dài trong mưa γR (dB/Km) được xác định từ toán đồ hình 2.29 + Suy hao vượt quá A0.01 0.01% của một năm trung bình là: A0.01 = γR Le [dB] (2.42) + Suy hao vượt quá (AP ) đối với tỷ lệ mưa (RP) vượt quá p% thời gian của một năm trung bình. p = 0.001% - 1% nhận từ A0.01 (dB) theo công thức sau: AP = A0.01 x 0.12p-(0.546 + 0.43lgp) [dB] (2.43) + Suy hao vượt quá đối với phần trăm thời gian pW của tháng xấu nhất cho bởi AP trong đó: p = 0.3(pW)1.15 [%] (2.44) Giá trị có ích : pW = 0.3% ( ≈ 2 giờ/tháng) p = 0.075%. Đối với những giá trị lớn hơn phần trăm tháng thứ nhất của thời gian. (p = 20%) suy hao do mưa thường đủ nhỏ để có thể bỏ qua (trong điều kiện bầu trời trong sáng). Hình 2.22. Lượng mưa R0.01 (mm/h) vượt quá 0.01% của một năm trung bình. Hình 2.23: Toán đồ xác định suy hao trên một đơn vị chiều dài trong mưa γR (dB/Km). 2.4.3. Nhiễu trên tuyến thông tin Nhiễu là tín hiệu không mong muốn mà nó xen vào tín hiệu ta thu được. Nhiễu làm giảm chất lượng thông tin như làm giảm tỉ số S/N hoặc C/N, tăng tỉ lệ bít lỗi trên đường truyền. Đối với tín hiệu ta thu được từ vệ tinh thì rất nhỏ do đường truyền quá xa mà nhiễu lại lớn. Bên cạnh đó, anten bản thân nó đã góp nhặt nhiễu từ môi trường thông qua các búp sóng phụ của nó. Tín hiệu suy giảm do môi trường truyền sóng, do mưa nên tín hiệu thu gần như chìm trong nhiễu. 2.4.3.1. Các nguồn nhiễu + Nhiễu phát ra từ các nguồn bức xạ bên ngoài như: Nhiễu không gian, nhiễu khí quyển, tạp nhiễu do mưa và nhiễu từ trái đất. + Tạp nhiễu bên trong thiết bị như: Anten, hệ thống Feerder và máy thu. + Nhiễu từ các máy phát khác, các vệ tinh cận kề, các hệ thống mặt đất. 2.4.3.2. Mật độ phổ công suất tạp nhiễu N0 Mật độ phổ công suất nhiễu N0 (W/Hz) được mô tả trên Hình 2.24 Tần số [Hz] B N0 N0(f) [W/Hz] Hình 2.24: Mật độ phổ công suất nhiễu N0 N0(f) giá trị công suất tạp nhiễu trên đơn vị độ rộng băng tần. Nếu N0(f) = N0 là hằng số, ta gọi N0 là nhiễu trắng. Gọi N là công suất nhiễu đo được ở băng B thì: NO = [W/Hz] (2.45) Nhiệt độ vật lý T Nguồn nhiễu Nhiệt độ vật lý có thể không phải là T Giá trị công suất nhiễu N = kTB [W] 2.4.3.3. Nhiễu nhiệt của một nguồn nhiễu T Hình 2.25: Xác định giá trị công suất nhiễu T = = ( OK ) Hay NO = Tk (2.46) Trong đó N: Công suất nhiễu đo được B: Băng thông [Hz] Hằng số Boltzman: k = 1,3796.10-23 [W/Hz OK] = -228,6 [dBw/Hz K] T: Nhiệt độ vật lý của điện trở [OK 2.4.3.4. Hệ số nhiễu Gọi: To là nhiễu nhiệt đầu vào, ở điều kiện chuẩn To = 290 oK (17 oC). Te: Nhiễu nhiệt bên trong linh kiện. Hệ số nhiễu F là tỉ lệ toàn bộ công suất nhiễu nhiệt tại đầu ra của các phần tử với công suất nhiễu nhiệt tại đầu vào phần tử. F = = 1 + (2.47) Te = (F-1) To (2.48) 2.3.3.5. Nhiệt độ nhiễu của bộ suy hao Te Te = (LF – 1)TF [ oK] (2.49) Trong đó LF : Tổn hao của bộ suy giảm ( attenuator, feeder, splitter ) Te: Nhiễu nhiệt của bộ suy giảm TF : Nhiệt độ môi trường Trong trường hợp TF = To thì hệ số nhiễu bộ suy giảm bằng độ suy giảm FF = LF 2.4.3.6. Nhiệt độ nhiễu của phần tử tích cực Hình 2.26 mô tả nhiệt độ nhiễu của phần tử tích cực được xem là nhiệt độ phát ra do 1 điện trở đặt ở ngõ vào một hệ thống không nhiễu, có nhiệt độ vật lý T = Te. Giả sử mạch 4 cực có độ lợi công suất là G, băng thông B, ngõ vào là nguồn nhiễu có nhiệt độ nhiễu là To. Công suất nhiễu ngõ vào là GkBTo. Tổng công suất nhiễu ngõ ra là GkB(To + Te ). Hệ số nhiễu của phần tử tích cực tính như sau: F = = 1 + : như định nghĩa công thức (2.50) Bảng 2.3: Quan hệ giữa hệ số nhiễu và nhiệt độ nhiễu. Hệ thống nhiễu tự do Nhiệt độ vật lý T = Te Hệ thống nhiễu thực Không có nhiễu ngõ vào T = 0 Công suất nhiễu tương đương N = kTeGB [W] G: hệ số khuếch đại của hệ thống Hình 2.26: Nhiệt độ nhiễu của hệ thống. 2.4.3.7. Nhiệt độ nhiễu của hệ thống các thiết bị mắc nối tiếp Hình 2.27 giả thiết các mạch khuếch đại Mi mắc nối tiếp , có cùng băng thông B, có độ lợi công suất Gi và hệ số nhiễu Fi, i = 1, 2 …, n. Công suất nhiễu tại ngõ ra hệ thống M1. N1 = G1.k.B.(To + Te1) (2.51) Công suất nhiễu N1được khuếch đại bởi M2 N1,2 = G1.G2k.B.(To + Te1) (2.52) Công suất nhiễu được tạo bởi nguồn nhiễu bên trong của M2 N(2) = G2.k.Te2.B (2.53) Công suất nhiễu toàn bộ M1 và M2 N2 = N1,2 + N(2) = G1.G2k.B.(To + Te1) + G2.k.Te2.B = G1.G2.k.B(To + Te1 + Te2/G1) (2.54) Nhiễu nhiệt tương đương của hệ thống mắc nối tiếp của M1 và M2 Te(1,2) = Te1 + (2.55) Trong trường hợp hệ thống có n mạch : Te (n) = Te1 + + …+ (2.56) Hệ số tạp âm hệ thống là: Fn = F1 + (2.57) G1, Te1, F1 M1 M2 Nguồn nhiễu ngõ vào To G2, Te2, F2 Gn, Ten, Fn Mn .... Hình 2.27: Công suất nhiễu của hệ thống các mạch mắc nối tiếp 2.4.3.8. Nhiễu nhiệt của anten TA Điều kiện trời trong : TA = TSky + Tground [oK] (2.58) Khi trời có mưa : TA = + Tm (1-) + TG (2.59) Trong đó: ARAIN: Suy hao do mưa Tm: Tambient : Nhiệt độ môi trường do mây, mưa, Tm = 260OK đến 280OK T SKY: Nhiệt độ nhiễu của anten khi trời trong, Uplink TA = 290OK TG: TGROUND: Nhiệt độ nhiễu của mặt đất ảnh hưởng đến anten, phụ thuộc góc ngẩng anten: TG = 290OK khi búp phụ có góc ngẩng ep < -10O TG = 150OK đối với búp phụ có góc ngẩng –10O < ep < 0O TG = 50OK đối với búp chính 0O < e <10O Ground Sky TSky TGround Ground TSky mưa Tm, Arain Sky TGround TG = 10OK đối với 10O < e < 90O Hình 2.28: Nhiễu nhiệt mặt đất khi trời trong và khi mưa Hình 2.29: Nhiễu từ bầu trời và mặt đất đến anten. 2.4.3.9. Nhiễu nhiệt ở hệ thống thu Hình 2.32 mô tả một hệ thống thu điển hình gồm: + Anten có nhiễu nhiệt TA, hệ số khuếch đại GA. + Bộ dịch tần nhiễu thấp LNB (có nhiễu nhiệt là TLNB): Gồm mạch khuếch đại LNA (có nhiễu nhiệt là TLNA), mạch đổi tần MIX (có nhiễu nhiệt là TMX và hệ số khuếch đại GMX ), mạch khuếch đại trung tần IF1(có nhiễu nhiệt là TIF, hệ số khuếch đại GIF). + Dây anten truyền dẫn đến máy thu (có nhiễu nhiệt là TF, hệ số khuếch đại GFRX = < 1; LFRX còn gọi là tổn hao do feeder) + Decoder giải mã tín hiệu có nhiễu nhiệt là TR Theo công thức (1.35) và (1.41) có: + TLNB = TA + (2.60) + T1 = TLNA + + + (LFRX - 1)TF + (2.61) + T2 = ≈ + TF (1- ) + TR (2.62) TA, GA LNA IF Amp Down converter MIXER LO TLNA.GLNA TIF.GIF TR Feeder Reciever T1 T2 TF, LFRX TMX, GMX TLNB Hình 2.30: Nhiệt độ nhiễu trên hệ thống thu. 2.4.3.10. Tỉ lệ tín hiệu trên nhiễu tại đầu vào decoder Tỉ lệ tín hiệu trên nhiễu tại đầu vào máy thu được xác định theo công thức sau: = [Hz] (2.63) Với: C = PRX : Công suất sóng mang tại đầu vào máy thu theo công thức (2.28) NO : Công suất nhiễu trắng (Mật độ phổ tạp âm tại mọi điểm trên hệ thống ) T: Nhiệt độ nhiễu tại đầu vào decoder xác định theo (2.41) Thay các giá trị ở (2.24), (2.25), (2.26), (2.27), (2.30), 2.32), (2.34), (2.49) và (2.40) vào (2.42) lần lượt ta có: = EIRPTX [Hz] (2.64) Với LTRX = LR + LFRX + LPOL (2.65) C = PRX = (2.66) Cuối cùng có: = [Hz] (2.67) 2.4.3.11. Tỉ số năng lượng của Bit/mật độ tạp âm Eb/N0 (Energy of Noise Density Ratio) Người ta sử dụng khái niệm tỉ số Eb/NO là tỉ số năng lượng trên bít Eb và mật độ phổ công suất nhiễu NO để đo khả năng phục hồi dữ liệu của modem số khi có nhiễu. Tỉ số này càng lớn thì BER (Bit Error Rate: tỉ lệ bit lỗi) càng giảm có nghĩa quan hệ giữa chúng là quan hệ tỉ lệ nghịch. S/N = (REb) : (BNO) (2.68) Nếu băng tần để truyền được một bit rộng 1Hz thì ta có: S/N = Eb/NO (2.69) = - 10lg (2.70) = + 10lgRtrans (2.71) = + 10lgRinfo – 10lgBNoise demodulater (2.72) Với B: Băng thông truyền dữ liệu với tốc độ bít R[b/s] Bnoise demodulater: Băng thông nhiễu của kênh Rinfo: Tốc độ thông tin của chương trình C: Công suất sóng mang tại đầu vào decoder [W]. No: Mật độ phổ công suất nhiễu tại đầu vào decoder [W/Hz] Rtrans: Tốc độ bít tại ngõ vào decoder [b/s]. Tốc độ này bao gồm dữ liệu truyền đã dồn kênh + FEC. Eb: Năng lượng trên bít và được tính từ C/Rtrans 2.5. Kết luận chương Vệ tinh thông tin địa tĩnh có nhiều ưu điểm mà các mạng truyền dẫn thông thường không thể áp ứng được, nên được sử dụng rộng rãi ở nhiều nước trên thế giới. Truyền dẫn thông vệ tinh là truyền dẫn thông tin qua môi trường truyền là không khí với cự ly rất dài, nên có nhiều loại suy hao trên đường truyền. Do đó, để truyền tín hiệu qua vệ tinh được tốt phải tính toán từng loại suy hao. Để chọn thiết bị truyền dẫn và kỹ thuật truyền để tín hiệu nhận được ở phía thu là tốt nhất trong điều kiện xấu nhất có thể. Thông tin vô tuyến qua vệ tinh là thành tựu nghiên cứu trong lĩnh vực truyền thông nhằm mục đích khắc phục các nhược điểm của mạng vô tuyến mặt đất, đạt được mức gia tăng chưa từng có về cự ly và dung lượng. Với lĩnh vững này ngày nay rất coi trọng và đầu tư nghiên cứu, đem lại cho khách hàng nhiều dịch vụ mới với chi phí thấp nhất có thể có. Chương kế tiếp sẽ nói rõ về tình hình sử dụng vệ tinh ở Việt Nam cũng như các dịch vụ đang triển khai. Chưong 3: HỆ THỐNG VỆ TINH VIỄN THÔNG VINASAT 3.1. Tình hình chung 3.1.1. Sự phát triển hệ thống thông tin vệ tinh thế giới Ngày nay, thông tin đã được truyền trực tiếp tới khắp nơi trên thế giới nhờ hệ thống vệ tinh chằng chịt trên bầu trời. Gần nửa thế kỷ sau vệ tinh viễn thông tiếp âm trực tiếp đầu tiên Telstar 1 được NASA phóng lên vào ngày 10/7/1962 tại Cape Canaveral, trên thế giới đã có khoảng 280 vệ tinh thương mại đang hoạt động, cung cấp hàng loạt các dịch vụ viễn thông trên thị trường thông tin vệ tinh quốc tế. Riêng Châu Á có khoảng 80 vệ tinh của 20 nhà khai thác. Các nước trong khu vực Đông Nam Á sở hữu một hoặc nhiều hơn một hệ thống vệ tinh gồm Thái Lan, Malaysia, Indonesia, Singapore, Philippines và Việt Nam. 3.1.2. Sự phát triển hệ thống thông tinh vệ Việt Nam - Ngay từ tháng 8/1980, Việt Nam đã sử dụng thông tin vệ tinh qua hệ thống InterSputnik của Liên Xô (cũ). - Từ năm 1990, VNPT đã triển khai một hệ thống trạm mặt đất lớn để sử dụng vệ tinh INTELSAT của Australia, chủ yếu phục vụ các hướng liên lạc quốc tế và truyền dẫn đường trục trong nước. - Đến năm 1996, hệ thống VSAT của VNPT đã được khai thác trên cơ sở thuê dung lượng vệ tinh của các nước trong khu vực, giúp hỗ trợ thông tin nhanh cho nhiều vùng, miền khác nhau. Ngoài ra, một số bộ, ngành khác cũng đã sử dụng thông tin vệ tinh (dưới hình thức thuê kênh vệ tinh của nước ngoài) để đáp ứng nhu cầu chuyên ngành của mình. - 19/4/2008 vệ tinh viễn thông VINASAT- 1 chính thức đi vào vũ trụ, sau hơn một tháng thử nghiệm đã đưa vào sử dụng. 3.1.3. Thông tin về vệ tinh viễn thông VINASAT-1 - Chủ đầu tư: Tập đoàn bưu chính viễn thông Viêt Nam (VNPT). Nhà cung cấp vệ tinh, dịch vụ phóng, và thiết bị trạm điều khiển: Lockheed Martin Coprporation (USA). - Nhà tư vấn và giám sát xây dựng, lắp đặt vệ tinh VINASAT-1: TELESAT - Công ty vận tải hàng không vũ trụ ArianeSpace phóng vệ tinh. - Trạm điều khiển vệ tinh chính đặt ở Hà Tây và trạm dự phòng đặt ở Bình Dương. - VINASAT-1 được phóng vào lúc 5h17 ngày 19/4/2008 tại bãi phóng Kourou-quốc gia Trung Mỹ French-Guiana. 3.2. Vệ tinh viễn thông VINSAT 3.2.1. Tầm quan trọng của vệ tinh VINASAT-1 Trước khi có vệ tinh VINASAT-1 Việt Nam đã bỏ ra hằng năm một khoản tiền khá lớn lên đến để thuê đường truyền vệ tinh từ vệ tinh các nước như: INTERSPUTNIK (Liên Xô), ASIASAT (Trung Quốc), PALAPA (Indonesia), THAICOM (Thái Lan), X-SAT (Singapore), JSAT (Nhật Bản),… nhằm sử dụng các mục đích khác nhau. Những năm qua mạng viễn thông Việt Nam không ngừng phát triển cả số lượng lượng và chất lượng. Mà trước tiên phải kể đến phương tiện truyền dẫn, với truyền dẫn bằng cáp quang, viba số chúng ta đã phát triển tương đối hoàn thiện thành thị và những vùng lân cận. Đối với như nơi vùng sâu, vùng xa biên giới hải đảo đầu tư cáp quang, viba số không hiệu qua về kinh tế thâm chí không đầu tư được. Vệ tinh VINASAT-1 đưa vào khai thác tạo ra một bước phát triển mạnh cho viễn thông Việt Nam. Với tính ưu việt của vệ tinh là không phụ thuộc vào địa hình, không phục thuộc vào khoảng cách, do đó rút ngắn được khoảng cách giữa thành thị và nông thôn. Vệ tinh VINASAT-1 là vệ tinh đầu tiên của Việt Nam sẽ hứa hẹn mang lại nhiều lợi ích to lớn về kinh tế, an ninh, và quốc phòng. Ngoài ra, VINASAT-1 còn mang lại nhiều cơ hội tiếp cận và hòa nhập vào cuộc sống hiện đại của những người dân vùng sâu vùng xa, miền núi và hải đảo. Những lợi ích to lớn của VINASAT-1 chủ yếu dành cho 3 lĩnh vực quan trọng: 3.2.1.1. Nhà nước Tính tới thời điểm này, hầu hết các quốc gia trong khu vực Đông Nam Á đã có vệ tinh viễn thông riêng (ngoại trừ Lào, Campuchia và Myanmar). Các nước trong khu vực như Thái Lan, Malaysia và Indonesia đều đã phóng vệ tinh viễn thông, mà không chỉ có một mà tới 5-7 vệ tinh. Chính vì vậy, VINASAT-1 sẽ đóng một vai trò quan trọng trong việc giúp Việt Nam hội nhập với công nghệ và viễn thông thế giới. Trong một thời đại mà công nghệ thông tin đang phát triển với tốc độ như vũ bão hiện nay, việc có được một vệ tinh viễn thông như Vinasat-1 sẽ giúp Việt Nam khẳng định được chủ quyền của Việt Nam đối với nguồn tài nguyên hữu hạn là quỹ đạo vệ tinh và các tần số liên quan, đảm bảo cung cấp dịch vụ thông tin vệ tinh cho các mục đích chính trị, an ninh quốc phòng… Theo VNPT, đơn vị quản lý VINASAT-1, đối tượng được ưu tiên sử dụng vệ tinh này là các đơn vị quân đội, công an, các đài truyền hình trung ương và địa phương. Vinasat-1 sẽ giúp tăng cường khả năng thông tin nhằm phục vụ xây dựng đất nước. Đặc biệt, Vinasat-1 sẽ là công cụ trợ giúp đắc lực cho công tác thông tin phục vụ cuộc sống của ngư dân, và phát triển kinh tế biển nói chung; đồng thời phòng chống và ứng cứu đột xuất khi xảy ra bão lũ, thiên tai... Vệ tinh có thể hoạt động trong mọi điều kiện thời tiết, và có thể thiết lập nhanh chóng các kênh liên lạc với những khu vực không hoặc khó có thể tiếp cận được (chẳng hạn như vùng bão lũ). 3.2.1.2. Doanh nghiệp Thực ra không phải tới giờ các doanh nghiệp Việt Nam mới tiếp cận với dịch vụ truyền dẫn qua vệ tinh, mà thực tế này đã có từ những năm 80. Tuy nhiên, theo ước tính mỗi năm các doanh nghiệp Việt Nam phải bỏ ra từ 10-15 triệu USD để thuê kênh vệ tinh. Nếu tính tới nhu cầu thuê kênh vệ tinh của tất cả các bộ ngành trong những năm tới thì số tiền này sẽ lớn hơn rất nhiều. Trong khi đó nếu có một vệ tinh riêng thì sẽ tiết kiệm được khá nhiều tiền bởi riêng phần chi phí thuê kênh vệ tinh cũng cao hơn giá thành từ 2-3 lần tùy thuộc vào nhu cầu sử dụng và băng tần sử dụng. Ngoài ra, Vinasat-1 sẽ giúp các doanh nghiệp có thể cung cấp nhiều dịch vụ mà trước đây thường bị hạn chế bởi hạ tầng như đào tạo từ xa; truyền hình qua vệ tinh đến từng hộ gia đình; đưa điện thoại, Internet và truyền hình tới vùng sâu vùng xa, miền núi và hải đảo. VINASAT-1 có dung lượng truyền dẫn tương đương với 10.000 kênh thoại/ Internet/ truyền số liệu hoặc khoảng 120 kênh truyền hình. Chính vì vậy, việc cung cấp những dịch vụ này sẽ nhanh chóng được mở rộng tới tất cả người dân vượt qua bất kể những trở ngại về địa lý. VINASAT-1 có tầm phủ sóng rất rộng bao trùm cả khu vực Đông Nam Á, Đông Trung Quốc, Ấn Độ, Triều Tiên, Nhật Bản, Úc, đặc biệt là cả Hawaii - cổng thông. tin quan trọng vào nước Mỹ. Đây đều là những thị trường viễn thông lớn đang phát triển nhanh nên các doanh nghiệp Việt Nam sẽ có rất nhiều tiềm năng và cơ hội kinh doanh trong việc cung cấp những dịch vụ 3G, Internet tốc độ cao, điện thoại truyền hình,… 3.2.1.3. Người dân Một trong những hiệu quả to lớn mà Vinasat-1 có thể mang lại là người dân vùng sâu vùng xa, miền núi và hải đảo sẽ có cơ hội sử dụng những dịch vụ mà từ lâu họ mong muốn như điện thoại, truyền hình và Internet. Thông thường những dịch vụ này tuy khá phổ biến ở thành thị nhưng lại khó có thể tiếp cận ở vùng xa xôi và hẻo lánh do khó có thể triển khai được hạ tầng, và chi phí dành cho việc xây dựng và lắp đặt thường rất cao. Khi đi vào hoạt động, Vinasat-1 sẽ trở thành “người bạn đường” của những ngư dân đi biển. Họ có thể dễ dàng liên lạc với đất liền hơn, rất cần thiết trong trường hợp xảy ra bão lũ, biển động để phục vụ cho công tác cứu trợ và ứng cứu khẩn cấp. Trước đây, việc liên lạc trên biển gặp rất nhiều khó khăn, chủ yếu do hạ tầng cơ sở chưa thể đáp ứng được, và do đặc thù Việt Nam có diện tích biển lớn và kéo dài. Với việc cung cấp dịch vụ qua vệ tinh, người dân sẽ được tiếp nhận chất lượng dịch vụ tốt hơn (tốc độ đường truyền Internet cao hơn, dịch vụ điện thoại tốt hơn,…) và nhiều loại hình dịch vụ mà trước đây thường bị hạn chế như: truyền hình vệ tinh, hội nghị từ xa, đào tạo từ xa,…  3.2.2. Các thông số kỹ thuật cơ bản của vệ tinh Vinasat Hình 3.1: Vệ tinh VINASAT-1. - Kiểu vệ tinh: Vệ tinh địa tĩnh Vị trí quỹ đạo: quỹ đạo địa tĩnh 132º Đông, cách trái đất 35768 km. - Tuổi thọ vệ tinh tối thiểu 15 năm (có thể lên đến 20 năm) - Vệ tinh cao 4m, trọng lượng phóng khoảng 2600 kg Tên lửu đẩy: Arian – 5 của Pháp - Dung lượng truyền dẫn tương đương 10000 kênh thoại/Internet/truyền số liệu hoặc khoảng 120 kênh truyền hình.Số máy phát đáp: 20 (08 máy phát đáp cho băng C, 12 máy phát đáp băngKu). + Băng tần C:Số bộ phát đáp: 8 bộ (36 Mhz/bộ).Uplink: tần số phát Tx 6425-6725 Mhz.Downlink : tần số thu Rx 3400-3700 Mhz.Vùng phủ sóng: VN, Đông Nam Á, Trung Quốc, Triều Tiên, Ấn Độ, Nhật Bản, Australia. Hình 3.2: Tầm bao phủ của sóng băng tần C. + Băng tần Ku:Số bộ phát đáp: 12 bộ (36 Mhz/bộ).Uplink: tần số phát Tx 13750-14500 Mhz.Downlink : tần số thu Rx 10950-11700 Mhz. VN, Lào, Campuchia, Thái Lan, một phần Myanma Hình 3.3: Tầm bao phủ của sóng băng tần Ku. 3.3. Quá trình vận hành và khai thác dịch thông qua VINASAT-1 3.3.1. Trạm điều khiển vệ tinh VINASAT-1 Hình 3.4: Trung tâm điều khiển vệ tinh VINASAT-1 Quế Dương. Sau khi vệ tinh phóng lên quỹ đạo thì hãng Lockheed Martin sẽ thực hiện quá trình đo thử, nghiệm thu trên trạm. Quá trình này kéo dài khoảng một tháng. Sau đó họ sẽ chính thức chuyển giao cho phía Việt Nam. Mà cụ thể là trung tâm điều khiển vệ tinh VINASAT tỉnh Quế Dương (Cát Quế - Dương Liễu – Hà Tây). Về mặt lý thuyết, sau khi chuyển giao cho Việt Nam thì chúng ta đã đưa vào sử dụng. Trạm này chức năng nhiệm vụ là điều khiển vệ tinh, thu thập các số liệu từ vệ tinh, đánh giá phân tích và đưa ra những lệnh điều khiển cần thiết để vệ tinh đi đúng quỹ đạo của nó. Việc chọn Quế Dương để đặt trạm điều khiển vệ tinh có nhiều yếu tố thuận lợi như: tránh được các ảnh hưởng nhiễu về tần số, trước khi quyết định lắp đặt trạm điều khiển vệ tinh tại Cát Quế - Dương Liễu - Hoài Đức - Hà Tây các nhà khoa học, giới chuyên môn đã có sự nghiên cứu, kiểm tra kỹ càng. Ngoài trạm chính đặt tại Quế Dương còn có một trạm phụ ở Bình Dương, để phòng trường hợp trạm chính xảy ra sự cố. 3.3.2. Khai thác dịch vụ vệ tinh VINASAT-1 Nâng cao năng lực khai thác, vận hành an toàn, hiệu quả Vinasat-1 tại vị trí 132 độ Đông. Đẩy mạnh công tác bán hàng, tiếp thị dung lượng vệ tinh VINASAT-1; giới thiệu và cung cấp các dịch vụ vệ tinh tiên tiến cho các ngành; thương mại, ngân hàng, giao thông vận tải, giáo dục, y tế,… Thực hiện các công việc liên quan đến phối hợp tần số và vị trí quỹ đạo 132 độ Đông trong vai trò là một nhà khai thác vệ tinh Vinasat-1; đảm bảo sử dụng hiệu quả hơn nguồn tài nguyên tần số vệ tinh của vệ tinh này. Xây dựng và thực hiện các phương án hợp tác, dự phòng, trao đổi dung lượng với các nhà khai thác vệ tinh khác trong khu vực. Vệ tinh viễn thông VINASAT-1 sẽ hoạt động tại vị trí quỹ đạo địa tĩnh 132o Đông với 12 bộ phát đáp băng tần Ku và 8 bộ phát đáp băng tần C. Vinasat-1 sẽ làm việc ổn định trong suốt 15 năm sống của vệ tinh, có độ ổn định kinh độ và vĩ độ +/-0,05 độ. Vệ tinh VINASAT-1 đã được phóng thành công vào quỹ đạo ở vị trí 132 độ Đông ngày 19/4/2008. Hiện nay, vệ tinh đầu tiên của Việt Nam đang hoạt động ổn định trên quỹ đạo định sẵn. Một số chỉ tiêu kỹ thuật quan trọng đã đạt được sau kiểm tra như sau: Nhiên liệu có thể duy trì tới 25 năm (yêu cầu ban đầu là 20 năm); độ tin cậy là 0,84 (so với yêu cầu là 0,78); 23 bộ phát đáp có thể hoạt động (so với yêu cầu 20 bộ). Chỉ tiêu kỹ thuật các bộ phát đáp về băng tần C và Ku đảm bảo yêu cầu cả về công suất (EIRP) và hệ số phẩm chất (G/T). Điều này cho phép VNPT kéo dài thời  gian khai thác và kinh doanh quả vệ tinh VINASAT-1 lên đến trên 20 năm. VINASAt-1 được đầu tư voái chi phí trên 200 triệu USD, khi đưa vào sử dụng mỗi năm tiết kiệm được khoảng 15 triệu USD do phải thuê vệ tinh của nhiều nước. Dự tính sau 10 năm hoạt động vệ tinh VINASAT-1 sẽ thu hồi lại vốn. 3.4. Các dịch vụ từ vệ tinh VINASAT-1 3.4.1. VINASAT-1 cho Bộ quốc phòng và công an Mục tiêu xây dự hệ thống thông tin quân sự như sau: Kết hợp với hệ thống thông tin cố định đã triển khai, bảo đảm thông tin thoại, fax, truyền hình số để chỉ huy các đơn vị ở xa, nơi mà hệ thống cáp quang, vi ba, tổng đài điện tử kỹ thuật số chưa vươn tới bảo đảm được. Bảo đảm thông tin thoại, fax,…cho các đơn vị làm nhiệm vụ cơ động. 3.4.1.1. Lựa chọn băng tần Sử dụng đồng thời cả 2 băng tần C và Ku cho mạng thông tin viễn thông quân sự, trong đó: Sử dụng băng Ku: xây dựng toàn bộ mạng thông tin viễn thông quân sự cho các đối tượng có nhu cầu thường xuyên cơ động và di chuyển vị trí đóng quân với ưu thế kích thước anten nhỏ. Sử dụng băng C: chấp nhận giảm tính cơ động của trạm VSAT vì anten phải đủ lớn (≥ 2,4m). Thích hợp với một số đơn vị ít có nhu cầu cơ động hoặc khi di chuyển vị trí đống quân, mang lại chất lượng kết nối đảm bảo hơn. Băng C cho phép triển khai các trạm đầu cuối ngoài lãnh thổ quốc gia. Hệ thồng gồm 2 mạng băng tần C và băng tần Ku, mỗi mạng C và Ku gồm có 2 trạm HUB dự phòng phân tập địa lý. HUB băng c và HUB băng Ku sẽ được đặt cùng một vị trí gọi là các nút mạng và kết nối trực tiếp với nhau thông qua đường truyền cáp quang mặt đất tạo thành mạng lõi của hệ thống thông tin vệ tinh. Từ các nút mạng sẽ có các kết nối với mạng cố định bằng luồng E1 để chuyển tải các dịch vụ thoại, số liệu và truyền hình cho mạng thông tin vệ tinh. Mạng VSAT băng C gồm trên 180 trạm cố định có cấu trúc hình sao sử dụng anten đường kính tối thiểu là 2,4m, bảo đảm dịch vụ tối thiểu 2 kênh thoại và 1 kênh dữ liệu trên nền chuyển IP. Mạng được thiết kế để hoạt động vững chắc linh hoạt nhờ khả năng dự phòng địa lý của trạm HUB, khi 1 HUB bị sự cố hoặc thiên tai hoặc thời tiết xấu thì các trạm VSAT sẽ tự động kết nối với trạm HUB còn lại, đảm bảo thông tin liên lạc không bị gián đoạn. Bảo đảm dự phòng cho mở rộng lên gấp đôi dung lượng và dự phòng khi thời tiết xấu như tham số vệ tinh có biến động. Sơ đồ tổ chức cấu trúc hệ thống thông tin vệ tinh quân sự. Hình 3.5: Sơ đồ tổ chức mạng mặt đất TTVT-QS. 3.4.1.2. Các dịch vụ của hệ thống thông tin vệ tinh quân sự - Dịch vụ thoại: cung cấp khả năng thoại quay số tự động với giao diện Analog hoặc IP liên lạc giữa các thuê bao trong mạng VSAT và với mạng điện thoại quân sự cố định. Tại mỗi trạm VSAT sẽ có thiết bị chuyển IP cho phép quản lý tối đa đển 32 số thuê bao. Tại mỗi trạm HUB là chuyển mạnh IP với khả năng quản lý đến 1024 thuê bao. - Dịch vụ dữ liệu và truyền hình: cung cấp năng ứng dụng các dịnh vụ dữ liệu kết nối giữa các mạng máy tính VLAN, kết nối Internet,… tất cả trên công nghệ IP. Kết nối với mạng truyền số liệu quân sự ATM. Cung cấp khả năng truyền hình điểm – điểm tốc độ 2.048 Mbps giữa 2 xe cơ động hoặc giữa xe cơ động với trạm HUB, khả năng tổ chức hội nghị truyền hình khi cần thiết. Cung cấp đường kết nối luồng E1 tương tự như truyền dẫn cáp quang hay vi ba để làm dự phòng cho mạng thông tin cố định. 3.4.2. VINASAT-1 cho các nhà cung cấp dịch vụ 3.4.2.1. Phát thanh lưu động Ngay từ năm 1994, trạm thu phát vệ tinh truyền dần tín hiệu phát thanh đối nội đầu tiên được vào hoạt động với các chương trình VOV1, VOV2, VOV3. Cho đến nay, các hệ chương trình phát thanh VOV5, VOV6 bao gồm chương trình: tiếng Thái, Hmông, Chăm, Khmer... đều được truyền dẫn qua vệ tinh. Ban đầu, Đài TNVN sử dụng hệ thống vệ tinh của Liên Xô qua đài phát sóng Hoa Sen, sau đó sử dụng vệ tinh PALAPA của Indonesia. Từ năm 2000 đến nay, Đài TNVN sử dụng vệ tinh Thaicom-1A để truyền dẫn tín hiệu phát thanh đối nội và vệ tinh THAICOM-5 để truyền dẫn tín hiệu phát thanh đối ngoại cho các vùng xa. Hiện nay,  Đài TNVN có hơn 40 trạm phát sóng FM và 12 trạm phát sóng Trung ương. Việc các trạm phát sóng thu lại những tín hiệu sạch, có chất lượng cao qua hệ thống vệ tinh và phát lại làm cho vùng phủ sóng của Đài TNVN dàn đều, rộng khắp ở các vùng trong cả nước. Không những thế, chúng ta còn dùng hệ thống vệ tinh để dẫn tín hiệu sang các nước thứ 2 để phủ sóng đối ngoại sang các nước thứ 3. Nhờ thế, thính giả nước ngoài có thể nghe rõ Tiếng nói Việt Nam với chất lượng sóng rất cao”. Tuy nhiên, việc thuê vệ tinh của nước ngoài để truyền dẫn tín hiệu phát thanh khá tốn kém. Nếu vệ tinh VINASAT-1 được đưa vào sử dụng sẽ giúp  Đài TNVN chủ động hơn trong việc truyền dẫn tín hiệu phát thanh, chi phí thấp hơn và lúc đó, việc mở rộng thêm hệ thống đa tín hiệu phát thanh truyền hình đến tận bà con vùng sâu vùng xa, nơi hiện nay rất khó khăn cho việc phủ sóng mặt đất, cũng sẽ trở nên dễ dàng hơn. Để đạt được những mục tiêu đó thì việc chuyển luồng tín hiệu phát thanh từ vệ tinh THAICOM sang vệ tinh VINASAT - 1 là một yêu cầu cần thiết. Đài TNVN đã xây dựng đề án: “Xây dựng hệ thống truyền dẫn tín hiệu phát thanh của Đài TNVN qua vệ tinh VINASAT - 1”. Trong thời gian tới, khi hệ phát thanh có hình của Đài TNVN được chính thức đưa vào hoạt động, việc khai thác vệ tinh VINASAT-1 cũng đem đến cho khán, thính giả của Đài nhiều lợi ích. Khi phát sóng một kênh truyền hình thì dung lượng của một kênh có hình lớn hơn rất nhiều so với kênh phát thanh. Chính vì vậy, nếu phát trên VINASAT - 1 thì đỡ tốn kém hơn, và chúng ta còn có thể đưa kênh phát thanh có hình đến tận người dân ở vùng sâu, vùng xa bằng những thiết bị thu rẻ tiền và những chảo thu vệ tinh rất nhỏ. 3.4.2.2. Truyền hình qua vệ tinh Hiện nay có rất nhiều nhà cung cấp dịch vụ truyền hình chất lượng cao qua vệ tinh. Trước đây các doanh nghiệp này thuê vệ tinh của các nước để phát sóng, hiện nay đang chuyển dần sang sử dụng VINASAT. Trên thị trường hiện nay có các nhà cung cấp dịch vu như: DTH, VTV, VTC, truyền hình kỹ thuật số,truyền hình KTS,… và mới đây nhất dịch vụ truyền hình K+ (Kplus) đã làm cho thị trường dịch vụ này mang tính cạnh tranh cao. - Truyền hình vệ tinh DTH: DTH (Direct to home) DTH, có nghĩa là phát sóng trực tiếp tới nhà, là một dịch vụ truyền hình trả tiền (Pay Television). Tương tự như truyền hình cáp (CATV), DTH truyền dẫn nhiều kênh truyền hình và quản lý đến từng đầu thu giải mã. DTH là phương thức truyền dẫn qua vệ tinh sử dụng băng tần KU. So với các phương thức truyền dẫn tín hiệu khác, truyền hình qua vệ tinh DTH là một phương thức phủ sóng rất hiệu quả, là bước triển khai quan trọng của truyền hình vệ tinh, giúp công nghệ truyền hình vệ tinh trở nên phổ biến, dễ sử dụng, nâng cao chất lượng kênh và chất lượng truyền dẫn, tạo nên khả năng mới cho việc kinh doanh các chương trình truyền hình có trả tiền. Cô