Tài liệu Tính toán can nhiễu giữa các vệ tinh

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