đồ án : Nghiên cứu hệ thống thông tin di động vệ tinh

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
MỤC LỤC
CHƯƠNG 0 - TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN DI ĐỘNG VỆ TINH 3
1.1. Giới thiệu 3
1.2 Tổ chức chung của hệ thống thông tin di động vệ tinh 4
1.2.1 Cấu trúc chung của hệ thống thông tin di động vệ tinh 4
1.2.2 Tổ chức quỹ đạo ở thông tin di động vệ tinh 5
1.2.3 Thiết kế chùm vệ tinh tổ ong 8
1.2.4 Phân bổ tần số cho thông tin di động vệ tinh 11
1.3 Đặc điểm của thông tin di động vệ tinh 15
1.3.1 Ưu điểm 15
1.3.2 Nhược điểm 16
1.4 Dịch vụ thông tin di động vệ tinh 17
1.4.1 Khái quát 17
1.4.3 Dịch vụ di động vệ tinh (MSS) 18
1.4.4 Dịch vụ di động vệ tinh cá nhân (PMSS) 20
1.4.5 Dịch vụ vệ tinh hàng hải vô tuyến (RNSS) 20
1.4.6 Dịch vụ vệ tinh định vị vô tuyến (RDSS) 21
1.4.7 Dịch vụ di động vệ tinh quảng bá (BCMSS) 21
1.4.8 Dịch vụ di động vệ tinh băng rộng (BBMSS) 22
1.4.9 Dịch vụ di động vệ tinh khí tượng (MLMSS) 22
CHƯƠNG 1 - CẤU TRÚC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG VỆ TINH. .24
2.1.Cấu trúc mạng thông tin di động vệ tinh 24
2.1.1.Phân đoạn người sử dụng 24
2.1.2.Phân đoạn mặt đất 25
2.1.3. Phân đoạn không gian 25
2.1.4. Các kênh logic 27
2.2.Hệ thống di động vệ tinh địa tĩnh 27
2.2.1. Đặc tính chung 27
2.2.2. Hệ thống thông tin vệ tinh Inmarsat 28
2.2.3. Hệ thống EUTELSAT 29

2.2.4. Hệ thống vệ tinh tổ ong Châu Á 31
2.3. Hệ thống di động vệ tinh không địa tĩnh tầm thấp loại nhỏ(LEO) 31
2.3.1. Các nguyên tắc cơ bản 31
2.3.2. Orbcomm 32
2.3.3. E-SAT 33
2.3.4. LEO ONE 33
2.4. Mạng thông tin di động vệ tinh cá nhân (S-PCN) 34
2.4.1. Đặc tính chung 34
2.4.2. IRIDIUM 34
2.4.3. GLOBALSTAR 35
2.4.4. Một số hệ thống khác 37
2.5. Tích hợp mạng thông tin di động vệ tinh với mạng GSM 39
2.5.1.Giới thiệu tổng quan 39
2.5.2. Các yêu cầu tích hợp hệ thống 40
2.5.3. Các phương án tích hợp 41
2.5.4. Tác động của các phương pháp tích hợp đến thủ tục chuyển giao 44
2.5.4.1 Tích hợp tại mức giao diện E 44
2.5.4.2 Tích hợp tại giao diện A 49
HOÀNG VĂN TIẾN - i - HVCNBCVT
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
2.5.5. Tác động của các phương pháp tích hợp đến quản lý vị trí 53
2.5.6 Tác động của phương án tích hợp đến quá trình thiết lập cuộc gọi 56
CHƯƠNG 2 : ĐẶC TÍNH KÊNH TRUYỀN 59
3.1 Giới thiệu 59
3.2 Đặc tính kênh di động mặt đất 59
3.2.1 Môi trường nội hạt 59
3.2.2 Kiểu kênh băng hẹp 61
3.2.2.1 Tổng quan 61
3.2.2.2. Mô hình hồi quy thực nghiệm 62
3.2.2.3 Các mô hình phân bố xác suất 64

3.2.2.4. Mô hình giải tích hình học 68
3.2.3 Mô hình kênh băng rộng 69
3.3. Đường truyền hàng không 69
3.4. Đường truyền hàng hải 70
3.5. Đường truyền cố định 70
3.5.1. Ảnh hưởng của tầng đối lưu 70
3.5.1.1 Hơi trong khí quyển 70
3.5.1.2. Mây và sương mù 77
3.5.2. Ảnh hưởng của tầng điện ly 79
3.5.2.1 Độ trễ nhóm và quay Faraday 79
3.5.2.2 Biến đổi trong tầng điện ly 80
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
A
ACC Aeronautical Control Centre Trung tâm điều khiển hàng không
ACK Acknowledgement Thừa nhận
ACO Aeronautical Communication
Organization
Tổ chức thông tin hàng không
ACTS
ACR
ACS
ACSE
ADM
Advanced Communication
Technologies and Services
Allowed Cell Rate
Attitude Control System
Antenna Control and Signaling
Equipment of LES
Adaptive Delta Modulation

Dịch vụ và công nghệ trong truyền
thông tiên tiến
Tốc độ ô cho phép
Hệ thống định hướng cao độ
Thiết bị báo hiệu và điều khiển anten
của LES
Biến điệu đenta thích ứng
HOÀNG VĂN TIẾN - ii - HVCNBCVT
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ADSL
AES
AFC
AM
Asymmetrical Digital Subseriber
Line
Aircraft Earth Station
Automattic Frequency Control
Amplitude Modulation
Đường dây thuê báo số bất đối xứng
Trạm mặt đất hàng không
Điều khiển tần số tự động
Biến điệu biên độ
AMSC
AMSS
AOC
ARQ
ATC
Aeronautical MSC
Aeronautical Mobile Satellite
Service

Advanced Operational Capability
Automatic Repeat Request
Air Traffic Control
B
Thông tin vệ tinh di động hàng không
Dịch vụ vệ tinh di động hàng không
Khả năng làm việc tiên tiến
Yêu cầu phát lại tự động
Điều khiển lưu lượng hàng không
BACH
BCH
BCM
Basic Alerting Channel
Bose Chadhuri Hocquenghem Code
Block Coded Modulation
Kênh báo hiệu cơ sở
Mã BCH
Biến điệu mã khối
BER
BES
Bit Error Rate
Base Earth Station
Tốc độ lỗi bit
Trạm mặt đất gốc
BS Base Station Trạm gốc
BSC
BT
C/N
CBR
CD

Base Station Controller
British Telecom
C
Carrier-to-Multippath Ratio
Constant Bit rate
Compact Disk
Bộ điều khiển trạm gốc
Viễn thông Anh
Tỉ lệ đa đường tới vật mang
Tốc độ bit không đổi
Đĩa nén chặt
CDMA
CDR
CES
CIS
CM
Code Division Multiple Access
Critical Design Review
Coast Earth Station
Communication and Information
System
Coded Modulation
Đa truy nhập phân chia theo mã
Ý kiến bản phác thảo then chốt
Trạm mặt đất ven biển
Hệ thống thông tin và truyền thông
Biến điệu mã
CN
COMSAT
CRS

CSC
CSCF
CSS
D/A
Core Network
Communication Satellite
Corporation
Coast Radio Station
Common Signaling Channel
Called Sate Control Function
Circuit Switched Service
D
Digital to Analogue Signal
Mạng lõi
Hiệp hội vệ tinh truyền thông
Trạm vô tuyến bờ biển
Kênh báo hiệu chung
Chức năng điều khiển đáp ứng cuộc
gọi
Dịch vụ chuyển mạch mạch điện
Chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín
HOÀNG VĂN TIẾN - iii - HVCNBCVT
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Conversion hiệu số
DAB Digital Audio Broadcasting Quảng bá vô tuyến số
DBS
DN
DC
DCM
DCPR

DCS
DLP
DM
Direct Broadcast Satellite
Descening Node
Direct Current
Digital Circuit Multiplication
Data Collection Platform Repeaters
Data Collection System
Data Link Processing
Delta Modulation
Vệ tinh quảng bá trực tiếp
Điểm xuống
Dòng điện trực tiếp
Phép nhân mạch số
Bộ lặp đặt trên nền dữ liệu
Hệ thống tập hợp dữ liệu
Đường xử lý dữ liệu
Điều biên đenta
DOMSAT
DRS
DS
DVB
DVSI
EC
ECS
ELMSS
EMCA
EMS
EMSS

ETS
EUMETSAT
EUTELSAT
Domestic Satellite
Direct Readout Service
Direct Sequence
Direct Video Broadcasting
Digital Voice Systems Incorporated
E
European Commission
European Communications Satellite
European Land Mobile Satellite
System
European Maritime Core Area
European Mobile System
Experimental Mobile Satellite
System
Engineering Test Satellite
Exploration of Meteorological
Satellite
European telecommunications
Satellie Organization
Vệ tinh nội địa
Dịch vụ đọc ra trực tiếp
Dãy trực tiếp
Phát thanh truyền hình trực tiếp
Hợp nhất hệ thống thoại số
Ủy thác Châu Âu
Vệ tinh thông tin Châu Âu
Hệ thống di động vệ tinh mặt đất Châu

Âu
Khu vực trung tâm hàng hải Châu Âu
Hệ thống di động Châu Âu
Hệ thống di động vệ tinh thực nghiệm
Vệ tinh thử nghiệm công trình
Vệ tinh thời tiết thám hiểm
Tổ chức vệ tinh viễn thông Châu Âu
EFM Empirical Fading Model Mô hình fading thực tế
EIR Equipment Interface Register Đăng ký giao diện thiết bị
ES
FANS
Fax
FCC
FDM
Earth Station
F
Future Air Navigation Systems
Facsimile
Federal Communications
Commission
Frequency Division Multiplexing
Trạm mặt đất
Hệ thống hàng hải hàng không tương
lai
Sao chép
Ủy thác thông tin liên bang
Đa hợp phân chia tần số
FDMA Frequency Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo tần số
HOÀNG VĂN TIẾN - iv - HVCNBCVT
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

FEC
FES
FLS
FM
FoIP
FSS
FSSE
Gateway
GBAS
GCC
GDN
GDSS
Forward Error Correction
Fixed Earth Station
Forward Link Subsystem
Frequency Modulation
Fax over IP
Fixed Satellite Service
Flight Safety Satellite Equiment
G
GES (BES)
Groud Based Augmentation System
Gateway Control Centre
Globalstar Data Network
Global Determination Satellite
System
Hiệu chinh lỗi hướng truyền
Trạm mặt đất cố định
Hệ thống liên kết hướng truyền
Điều biên tần số

Sao chép trên IP
Dịch vụ vệ tinh cố định
Hướng bay vệ tinh tin cậy
Cổng
Hệ thống mở rộng trạm mặt đất
Trung tâm điều khiển cổng
Mạng dữ liệu toàn cầu
Hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu
GEO
GES
GES
GMBSS
GMDSS
GMR
GMS
GMSC
GMSS
GNSS
Geostationary Earth Orbit
Ground Earth Station
Gateway Earth Station
Global Maritime Broadcasting
Satellite System
Global Martime Distress and safety
System
Geostationary Mobile radio
Gruond Monitoring stations
Global Mobile Satellite
Communications
Global Mobile Satellite Systems

Global Navigation Satellite System
Quỹ đạo địa tĩnh
Trạm mặt đất
Trạm mặt đất cổng
Hệ thống vệ tinh quảng bá hàng không
toàn cầu
Hệ thống định vị chính xác toàn cầu
Vô tuyến di động địa tĩnh
Trạm giám sát mặt đất
Thông tin vệ tinh di động toàn cầu
Hệ thống vệ tinh di động toàn cầu
Hệ thống vệ tinh hàng hải toàn cầu
GSO
HEC
Geostationary Orbit
H
Hibrid Error Correction
Quỹ đạo địa tĩnh
Hiệu chỉnh lỗi Hibrid
HEO
HF
HPA
HSO
Highly Elliptical Orbit
High Frequency from 3 to 30 MHz
High Power Amplifier
Hybrid satellite Orbits
I
Quỹ đạo elip cao
Tần số cao trong khoảng 3 đến 30

MHz
Bộ khuyếch đại công suất cao
Quỹ đạo vệ tinh Hybrid
INMARSAT International Martime Satellite
Organization
Tổ chức vệ tinh hàng hải quốc tế
INTELSAT International telecommunications
Satellite Organization
Tổ chức vệ tinh quốc tế thông tin
HOÀNG VĂN TIẾN - v - HVCNBCVT
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
IBF
IETF
IF
IM
IME
Input Bandpass Filter
Internet Engineering Task Force
Intermediate Frequency
Intermodulation
Internally Mounted Equipment
Bộ lọc dải thông đầu vào
Tác dụng bộ phận kỹ thuật toàn cầu
Tần số ở giữa
Biến điệu tương hỗ
Thiết bị định vị bên trong
IOR
IP
ISDN
ISL

ISP
ITU-R
Indian Ocean Region
Internet Protocol
Integrated Services Digital Network
Inter-Satllite Link
Internet Service Provider
ITU Radio
L
Miền Ấn Độ
Giao thức kết nối mạng máy tính toàn
cầu
Dịch vụ mạng số tích hợp
Liên kết vệ tinh khe trống
Người cung cấp dịch vụ internet
Vô tuyến ITU
LMSS
MCC
MCC
MCR
MCS
Land Mobile Satellite Services
M
Mission Control Centre
Master Control Centre
Minimum Cell Rate
Master Control Station
Dịch vụ vệ tinh di động mặt đất
Trung tâm điều khiểm phái đoàn
Trung tâm điều khiển chủ

Tốc độ ô tối thiểu
Trạm điều khiển chủ
MEO Medium Earth Orbit Quỹ đạo vệ tinh tầm trung
MSS Mobile Satellite Services Dịch vụ vệ tinh di động
MSC Mobile Satellite Communication Thông tin vệ tinh di động
MSB Mobile Satellite Broadcasting Dịch vụ vệ tinh quảng bá
MMSC Martime Mobile Satellite
Communication
Thông tin vệ tinh di động hàng hải
MMSS
MSA
MSAS
MTU
Martime Mobile Satellite Services
Mobile satellite Antenna
MTSAT Satellite-based
Augmentation System
Mobile Terminal Unit
N
Dịch vụ vệ tinh di động hàng hải
Anten vệ tinh di động
Hệ thống mở rộng trạm vệ tinh
MTSAT
Đơn vị đầu cuối di động
NGSO Non-Geostationary Satellite Orbit Quỹ đạo không phải địa tĩnh
NCC
NCF
NES
NOC
Non-GEO

Network Control Centre
Network Control Functions
Navigation Earth Station
Network operations centre
Non GEO Satellite Configuration
Trung tâm điều khiển mạng
Chức năng điều khiển mạng
Trạm mặt đất hàng hải
Trạm hoạt động mạng
Cấu hình vệ tinh Non-GEO
NMS Network Management Station Trạm quản lý mạng
NSP Network Service Part
O
Phần dịch vụ mạng
OBP On-Board Processing Xử lý bảng đầu ra
HOÀNG VĂN TIẾN - vi - HVCNBCVT
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
OCC
ODL
Operation Control Centre
Oceanic Data Link
Trung tâm điều khiển hoạt động
Liên kết dữ liệu Châu Đại Dương
OSS
OTS
Operation Subsystem
Orbital Test Satellite
P
Hệ thống con bộ phận
Vệ tinh kiểm tra quỹ đạo

PC Personal Computer Máy tính cá nhân
PCN
PCS
PDN
Personal Communications Network
Personal Communications Service
Public Data Network
Mạng thông tin cá nhân
Dịch vụ thông tin cá nhân
Mạng dữ liệu công cộng
PSDN Public Switched Data Network Mạng dữ liệu chuyển mạch công cộng
PSTN Public Switched Telephone Network

Q
Mạng điện thoại chuyến mạch công
cộng
QoS Quality of Service
R
Chất lượng dịch vụ
RF
RC
RCC
S
SA
SAC
Radio Frequency
Requesting Channel
Rescue Coordination Centre
S
Satellite

Service Area
Special Access Code
Tần số vô tuyến
Kênh yêu cầu
Trung tâm phối hợp giải thoát
Vệ tinh
Miền dịch vụ
Mã truy nhập riêng biệt
S-PCN Satellite –Personal Communication
Network
Mạng thông tin cá nhân- vệ tinh
SCC
SCPC
SCS
SCU
SDMA
SDU
SES
SIS
STE
STS
SUT
Satellite Control Centre
Signal Channel Per Carrier
Satellite Control Station
Satellite communication Unit
Space Division Multipe Access
Satellite Data Unit
Ship Earth Station
Signal in Space

Secure Telephone Equiment
Space Transportation System
Satellite User Terminal
T
Trung tâm điều khiển vệ tinh
Kênh báo hiệu trên mỗi vật mang
Trạm điều khiển vệ tinh
Đơn vị thông tin vệ tinh
Đa truy nhập phân chia theo không
gian
Đơn vị dữ liệu vệ tinh
Trạm mặt đất hàng hải
Tín hiệu trên không gian
Thiết bị điện thoại tin cậy
Hệ thống truyền tải không gian
Đầu cuối sử dụng vệ tinh
TDMA Time Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo thời gian
TT&C Telemetry,Tracking and Command
U
Đo từ xa,bám và điều khiển
UE User Equipment Thiết bị người sử dụng
HOÀNG VĂN TIẾN - vii - HVCNBCVT
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
V
VoIP Voice over IP Thoại qua IP
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1-1: Các thành phần chính trong mạng thông tin di động vệ tinh 3
Hình 1-2: Cấu trúc chung của một hệ thống thông tin di động vệ tinh 5
Hình 1-3: Các quỹ đạo vệ tinh 6
Hình 1-4: Vùng phục vụ được chia thành các ô nhờ tia hẹp để tái sử dụng tần

số 7
Hình 1-5: Các tia hẹp liên tục và đường viền của chúng 8
Hình 1-6: Vệ tinh LEO quỹ đạo cực 9
Hình 1-7: Các thông số của quỹ đạo nghiêng 10
Hình 1-8: Phân ô cho vùng 10
Hình 2-9: Cấu trúc tổng quát mạng thông tin di động vệ tinh 24
Hình 2-10: Mô tả cấu trúc bên trong một cổng chính 25
Hình 2-11: Ví dụ các cấu trúc mạng vệ tinh truyền thông di động phủ sóng
toàn cầu 26
Hình 2-12: a)Thông tin vệ tinh qua một bước nhảy b)Thông tin vệ tinh qua
hai
bước nhảy 28
Hình 2-13: Cấu trúc mạng EUTELRACS 30
Hình 2-14: Cấu trúc hệ thống orbcomm 32
Hình 3-15: Môi trường lan truyền mạng di động 59
Hình 3-16: Fading tại 1,5 GHz phụ thuộc bóng bên đường theo góc ngẩng 63
HOÀNG VĂN TIẾN - viii - HVCNBCVT
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Hình 3-17: Markov hai trạng thái xử lý chỉ thị điều khiển che khuất và không
che khuất 67
Hình 3-18: Độ suy giảm riêng do hơi nước 70
Hình 3-19: Tổng suy hao không khí khô và hơi nước tại cực điểm từ mực nước
biển 72
Hình 3-20: Mối quan hệ giữa chiều dài đường nghiêng và độ cao mưa 73
Hình 3-21: Mật độ mưa (mm/h) vượt quá 0,01 % trung bình năm 74
Hình 3-22: Độ suy giảm dự báo (mẫu Watson-Hu) và đo được tại trạm Lario
(Italy) 76
Hình 3-23: Minh hoạ dạng sóng elip tổng quát 78
Hình 3-24: Quay Faraday như là một hàm của TEC và tần số 79
HOÀNG VĂN TIẾN - ix - HVCNBCVT

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1-1: Băng tần dành cho thông tin di động vệ tinh WARC-87 quy định 11
Bảng 1-2: Phân bổ tần số được quy định ở WARC-92 13
Bảng 1-3: Phân bố tần số cho một số hệ thống LEO lớn cho một hệ thống
CDMA 14
Bảng 1-4: Phân bố tần số cho một số hệ thống LEO lớn cho nhiều hệ thống
CDMA 14
Bảng 2-5: Vùng phủ sóng và tọa độ các vệ tinh INMARSAT 29
Bảng 2-6: Phân định tần số cho thông tin vệ tinh di động băng tần L và S 34
Bảng 2-7: Số vệ tinh sử dụng và đặc tính quỹ đạo 37
HOÀNG VĂN TIẾN - x - HVCNBCVT
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Bảng 2-8: Các đặc tính dịch vụ 38
Bảng 2-9: Các đặc tính giao diện vô tuyến 39
Bảng 2-10: Các phần tử thông tin trong đoạn tin”yêu cầu bắt tay” của GSM. 45
Bảng 2-11: Khuôn dạng trường nhận dạng ô phục vụ 45
Bảng 2-12: Khuôn dạng đoạn tin chấp nhận yêu cầu bắt tay 46
Bảng 2-13: Khuôn dạng đoạn tin lệnh bắt tay 47
Bảng 2-14: Trường dữ liệu người sử dụng trong đoạn tin “có yêu cầu bắt tay”
49
Bảng 3-15: Đặc tính mẫu ERS 62
Bảng 3-16: Suy hao vượt ngưỡng pha đing( fade exceed) dB tại góc 800 64
Bảng 3-17:Hệ số hồi quy ITU-R cho độ suy giảm ước lượng 75
HOÀNG VĂN TIẾN - xi - HVCNBCVT
LỜI NÓI ĐẦU
Với sự phát triển không ngừng của truyền thông thông tin, và nhu cầu ngày càng
tăng của con người trong việc sử dụng thông tin. Thông tin vệ tinh đã trở thành một
phương tiện thông tin rất phổ biến và đa dạng, đem lại nhiều lợi nhuận cho nhà khai
thác. Nó thể hiện từ các chảo anten truyền hình gia đình cho đến các hệ thống thông

tin toàn cầu truyền các khối lượng số liệu và lưu lượng thoại lớn cùng với các
chương trình truyền hình.
Vì một vệ tinh có thể phủ sóng cho một vùng rộng lớn trên trái đất, nên một bộ
phát đáp trên vệ tinh có thể cho phép nối mạng nhiều trạm mặt đất từ các vùng địa
lý cách xa nhau trên trái đất. Các vệ tinh đảm bảo đường truyền thông tin cho các
cho các vùng dân cư xa xôi hẻo lánh khi mà các phương tiện thông tin khác khó đạt
đến.
Từ nghiên cứu các số liệu quan trắc hơn 20 năm của nhà thiên văn Tycho Brahe,
Johannes Kepler đã chứng minh rằng các hành tinh quay quanh mặt trời trên các
quỹ đạo elip chứ không phải tròn. Ông đã tổng kết các nghiên cứu của mình trong
ba định luật chuyển động hành tinh. Hai định luật đầu đã được công bố trong tạp chí
New Astromy vào năm 1609 và định luật thứ ba được công bố trong cuốn sách
Harmony of The World vào năm 1619. Ba định luật này được trình bầy như sau.
Định luật 1. Quỹ đạo cuả một hành tinh có dạng elip với mặt trời nằm tại tiêu
điểm
Định luật 2. Bán kính của vectơ nối hành tinh và mặt trời quét các diện tích
bằng nhau trong khoảng thời gian bằng nhau
Định luật 3. Bình phương chu kỳ quay quanh quỹ đạo của hành tinh tỷ lệ với
lập phương bán trục chính của elip
Ba định luật này là cơ sở để mô tả quỹ đạo của vệ tinh quay quanh trái đất trong
đó vệ tinh đóng vai trò hành tinh còn trái đất đóng vai trò mặt trời.
Đến nay nhiều hệ thống thông tin vệ tinh đã được thiết lập với các quỹ đạo vệ
tinh khác nhau, trong đó chỉ có vệ tinh Molnya của Liên xô cũ là sử dụng quỹ đạo
elip, còn các vệ tinh còn lại đều sử dụng quỹ đạo tròn. Hiện nay không chỉ có các hệ
thống thông tin vệ tinh cho các đối tượng cố định mà các hệ thống thông tin vệ tinh
di động cũng đã được thiết lập và đưa vào khai thác. Ngày càng có xu thế tích hợp
thông tin vệ tinh với thông tin mặt đất.
Trong phạm vi đồ án này, em tập trung vào việc “ Nghiên cứu hệ thống thông
tin di động vệ tinh”. Nội dung đồ án chia làm ba chương.
Chương I: Tổng quan thông tin di động vệ tinh: Tổ chức chung của hệ thống

thông tin di động vệ tinh, các ưu nhược điểm của hệ thống, một số dịch vụ của
thông tin di động vệ tinh .
Chương II: Cấu trúc hệ thống thông tin di động vệ tinh: Cấu trúc mạng thông
tin di động vệ tinh, các hệ thống di động địa tĩnh LEO, mạng thông tin cá nhân S-
PCN, khả năng tích hợp với mạng GSM…
Chương III: Đặc tính kênh truyền: Mô tả đặc tính kênh truyền sóng di động vệ
tinh, kênh băng hẹp, băng rộng và các đường truyền cố định, hàng không và hàng
hải.
Do hạn chế về thời gian cũng như khả năng nghiên cứu, đồ án này không tránh
khỏi thiếu sót, em rất mong nhận được sự góp ý của các thầy cô, các bạn sinh viên
để nội dung của đề tài này được hoàn thiện hơn nữa.
Em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo trong khoa Viễn Thông đã giúp đỡ em,
đặc biệt em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Nguyễn Viết Minh đã trực tiếp hướng
dẫn em hoàn thành đồ án này.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG I – TỔNG QUAN
CHƯƠNG 0 - TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN DI ĐỘNG
VỆ TINH
1.1. Giới thiệu
Thông tin di động vệ tinh trong mười năm gần đây đã trải qua những biến đổi
cách mạng bắt đầu từ hệ thống thông tin di động vệ tinh hàng hải (INMARSAT)
với các vệ tinh ở quỹ địa tĩnh (GSO). Năm 1996 INMARSAT phóng 3 trong số 5 vệ
tinh của INMARSAT 3 để tạo ra các chùm búp hẹp chiếu xạ toàn cầu. Hiện nay các
vệ tinh ở GSO cho phép các thiết bị di động mặt đất trên ô tô hoặc kích cỡ va li.
Tuy nhiên vẫn chưa thể cung cấp dịch vụ cho các máy thu phát cầm tay. Các thành
phần chính trong cơ sở hạ tầng của thông tin di động vệ tinh, được chỉ ra trong hình
vẽ 1.1
Hình 1-1: Các thành phần chính trong mạng thông tin di động vệ tinh
Hiện nay thông tin di động vệ tinh đang chuyển sang dịch vụ thông tin động cá
nhân (PCS) với các máy thu phát cầm tay. Đối với ứng dụng này các vệ tinh phải có
quỹ đạo thấp (LEO) (độ cao vào khoảng 1000 km) và quỹ đạo trung MEO (độ cao

khoảng 10.000 km). Các vệ tinh này sử dụng các chùm búp hẹp chiếu xạ mặt đất để
tạo thành cấu trúc tổ ong giống như các hệ thống tổ ong mặt đất. Tuy nhiên do vệ
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG I – TỔNG QUAN
tinh bay nên các chùm búp này di động và cơ bản trạm di động có thể coi là dừng
đối với các búp hẹp (tổ ong) chuyển động khá nhanh.
Vệ tinh dùng cho hệ thống thông tin di động thường được sử dụng các loại vệ
tinh bay ở những quỹ đạo khác nhau như loại vệ tinh có quỹ đạo tầm cao (GEO-vệ
tinh địa tĩnh), quỹ đạo tầm trung (MEO) và quỹ đạo tầm thấp (LEO).
Hệ thống di động sử quỹ đạo tầm cao (GEO) thì số vệ tinh để phủ sóng toàn cầu
là ít (chỉ cần 3 là đủ) và số vệ tinh này thường đứng yên tương đối khi quan sát tại
một vị trí bất kỳ trên mặt đất, do đó việc xử lý thông tin khi vệ tinh di chuyển xem
như không có. Do độ cao bay của vệ tinh là rất cao(35786 km) nên để phủ sóng các
ô nhỏ trên mặt đất, cần anten có kích thước lớn và cấu trúc phức tạp, công suất máy
phát lớn, độ nhạy máy thu phải cao và chất lượng tốt. Hiện nay quỹ đạo địa tĩnh
được sử dụng rộng rãi nhất, đáp ứng nhiều dịch vụ truyền tin.
Hệ thống di động sử dụng vệ tinh quỹ đạo tầm trung (MEO) và vệ tinh quỹ đạo
tầm thấp (LEO) cần rất nhiều vệ tinh để phủ sóng toàn cầu 24/24 giờ, thời gian nhìn
thấy vệ tinh ngắn, vùng phủ sóng vệ tinh luôn thay đổi .Tuy vậy, có ưu điểm là
công suất máy phát nhỏ (do cự ly gần), độ nhạy máy thu không yêu cầu cao, kích
thước anten nhỏ, trọng lượng vệ tinh không lớn, trạm mặt đất giá thành rẻ. Do đó hệ
thống thông tin di động thường sử dụng vệ tinh LEO và MEO.
Hệ thống thông tin di động vệ tinh kết hợp với các hệ thống thông tin khác trên
mặt đất, đáp ứng ngày càng cao nhu cầu của con người. Thời gian khởi đầu của sự
phát triển thông tin vệ tinh di động có thể tính từ năm 1980, khi lần đầu tiên thông
tin vệ tinh được cung cấp cho ngành hàng hải. Kể từ đó, các dịch vụ truyền tin di
động cho ngành hàng không và di động mặt đất cũng được phát triển liên tục.
Các vệ tinh truyền thông được phân loại theo dạng quỹ đạo của chúng. Đặc biệt,
có 4 loại được phân chia, đó là : Quỹ đạo địa tĩnh (GEO), quỹ đao elip tầm cao
(HEO), quỹ đạo trung bình (MEO), quỹ đạo tầm thấp (LEO).
Trong những năm gần đây các đặc tính công suất, anten được gia tăng, những

cải tiến trong công nghệ máy thu làm cho kích thước thiết bị đầu cuối đơn giản đi
rất nhiều, từ đó máy di động cầm tay hoặc máy tính xách tay kết nối với các hệ
thống thông tin vệ tinh được thực hiện dễ dàng. Ngày nay các hệ thống thông tin vệ
tinh di động có thể phục vụ các cuộc gọi thoại với máy di động cầm tay để liên lạc
với bất kỳ một vị trí nào trên trái đất, giống như các mạng di động tế bào mặt đất.
1.2 Tổ chức chung của hệ thống thông tin di động vệ tinh
1.2.1 Cấu trúc chung của hệ thống thông tin di động vệ tinh
Chìa khóa để phát triển dịch vụ thông tin di động vệ tinh là đảm bảo thông tin cá
nhân mọi nơi mọi chỗ cho các máy thu phát cầm tay với giá thành hợp lý. Sự ra đời
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG I – TỔNG QUAN
của hệ thống NGSO đã phần nào đạt được mục đích trên, và tạo cho những bước
phát triển tiếp theo. Dưới đây là cấu trúc điển hình của một hệ thống thông tin vệ
tinh được cho ở hình dưới đây.
Hình 1-2: Cấu trúc chung của một hệ thống thông tin di động vệ tinh
Để kết nối vào mạng, các máy di động của người sử dụng qua đường phục vụ
truyền thông thông tin đến vệ tinh, sau đó vệ tinh chuyển thông tin này qua đường
nuôi (Feeder link) đến trạm mặt đất cổng, ở trạm mặt đất cổng thông tin được
truyền đến mạng PSTN đến các thuê bao của các mạng khác hoặc qua đường nuôi
và đường phục vụ đến một thuê bao di động khác của mạng di động vệ tinh. Để
điều khiển, bám và đo đạc từ xa cần có một trạm điều khiển, bám và đo đạc từ xa
(TT&C).
1.2.2 Tổ chức quỹ đạo ở thông tin di động vệ tinh
Tùy thuộc vào độ cao so với mặt đất các quỹ đạo của vệ tinh trong hệ thống thông
tin vệ tinh được phân chia thành:
- HEO: Quỹ đạo elip cao - MEO: Quỹ đạo trung
- GSO : Quỹ đạo địa tĩnh - LEO: Quỹ đạo thấp
Các vệ tinh ở GSO cho phép các thiết bị di động mặt đất trên ô tô hoặc kích cỡ
vali, tuy nhiên vẫn chưa thể cung cấp dịch vụ cho máy thu phát cầm tay.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG I – TỔNG QUAN
Hiện nay thông tin di động vệ tinh đang chuyển sang dịch vụ thông tin di động

cá nhân (PCN) với các máy thu phát cầm tay, vì vậy các vệ tinh phải có quỹ đạo
thấp (1000km) và quỹ đạo trung MEO (10000 km), các vệ tinh này sử dụng chùm
tia chiếu xạ hẹp mặt đất để tạo thành cấu trúc tổ ong như hệ thống tổ ong mặt đất.
Tuy nhiên điều này đòi hỏi anten phức tạp hơn.
Hình 1-3: Các quỹ đạo vệ tinh
Dưới đây ta xét hoạt động của hệ thống có nhiều quỹ đạo thấp ( gọi tắt đa LEO).
Hoạt động của vệ tinh đa LEO
Một vệ tinh LEO không thể cung cấp dịch vụ thời gian thực, vì trạm mặt đất chỉ
có thể nhìn thấy nó trong khoảng thời gian vài chục phút, trong khi đó chu kỳ quỹ
đạo thông thường lên tới 100 phút. Để đảm bảo phủ liên tục, phải sử dụng một
chùm vệ tinh và số vệ tinh phụ thuộc vào độ cao của chúng, vào góc ngẩng tối thiểu
của anten thu phát mặt đất (góc ngẩng cần thiết để giảm thời gian che chắn).
Các MEO hoạt động ở các độ cao cao hơn sẽ có chu kỳ quỹ đạo vào khoảng 6
giờ và có thể nhìn được trong khoảng 2 giờ. MEO đòi hỏi ít vệ tinh trên quỹ đạo
hơn vì có thể nhìn thấy chúng từ một vùng rộng hơn của quả so với LEO. Ngoài ra
góc ngẩng của anten có thể lớn hơn.
Với LEO ta có phủ toàn cầu hay các vùng lựa chọn bằng các tia hẹp mô phỏng
hình thái tổ ong của hệ của hệ thống mặt đất. Tuy nhiên do độ cao và kích thước
góc mở anten trên vệ tinh có hạn, các tia hẹp vẫn chiếu xạ các vùng rộng lớn ( vài
trăm km) có thể gọi các vùng này là ô mega so với các ô macro và micro ở các hệ
thống tổ ong mặt đất.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG I – TỔNG QUAN
Một trong những vấn đề cần giải quyết ở đây, lưu lượng người sử dụng có thể
vượt xa số kênh cho phép của dải tần được cấp phát. Vì thế cần tái sử dụng tân số
giống như ở các hệ thống thông tin di động mặt đất. Muốn vậy, vùng phủ được chia
thành các ô nhờ các chùm tia hẹp. Số ô càng lớn thì vùng hiệu suất tái sử dụng tần
số càng cao. Tuy nhiên khi đó góc mở của anten vệ tinh phải lớn. Ngoài ra cũng
phải thực hiện chuyển giao nhiều hơn và nhanh hơn do chuyển động của vệ tinh ở
quỹ đạo thấp. Dưới đây là vùng phủ sóng điển hình của một vệ tinh.
Hình 1-4: Vùng phục vụ được chia thành các ô nhờ tia hẹp để tái sử dụng tần số

Ngoài ra xét quan điểm nhiễu, các tia hẹp không chỉ giới hạn năng lượng trong
một vùng hẹp hay một ô mà có thể tràn sang các ô khác do sự có mặt của các búp
hướng bên. Hình dưới đây cho thấy bốn vệt phủ liên tiếp (bốn ô) và các tia hẹp tạo
nên vệt phủ này.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG I – TỔNG QUAN
Hình 1-5: Các tia hẹp liên tục và đường viền của chúng
1.2.3 Thiết kế chùm vệ tinh tổ ong
Để phủ tổ ong toàn cầu với chất lượng đảm bảo cần sử dụng chùm nhiều vệ
tinh. Hai yếu tố đóng vai trò quan trọng trong quá trình thiết kế: Độ cao của các vệ
tinh trong chùm và góc ngẩng tia anten của máy thu phát mặt đất. Hai yếu tố này
cùng ảnh hưởng lên số lượng vệ tinh cần thiết. Một mặt độ cao quỹ đạo càng cao thì
vùng nhìn càng lớn và số lượng vệ tinh yêu cầu càng nhỏ. Mặt khác nếu góc ngẩng
càng lớn thì sự che chắn càng giảm nhưng số vệ tinh yêu cầu càng lớn. Dưới đây ta
sẽ xét các chùm vệ tinh tổ ong.
Chùm vệ tinh quỹ đạo cực
Ở các chùm vệ tinh này các vệ tinh bay qua cực hay ở quỹ đạo có góc nghiêng
gần bằng 900.Từ hình này ta thấy, dải phủ là vùng phủ đối với một vệ tinh ở mặt
phẳng quỹ đạo. Độ rộng của dải phủ phụ thuộc vào góc ngẩng và độ cao vệ tinh.
Do trái đất quay, nên giải phủ sẽ dịch chuyển về hướng tây và phụ thuộc vào độ
cao. Độ rộng của dải phủ có thể có thể không bằng trường nhìn. Kích thước của vệt
phủ được thiết kế theo góc ngẩng cực tiểu và chu vi vùng phủ. Tất cả các tia hẹp
(các ô) trong vùng phủ đều đảm bảo góc ngẩng bằng hoặc lớn hơn yêu cầu cho mọi
người sử dụng. Ở các chùm quỹ đạo cực, số vệ tinh được phóng vào các quỹ đạo
tròn ở các mặt phẳng quỹ đạo đều bằng nhau
.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG I – TỔNG QUAN
Hình 1-6: Vệ tinh LEO quỹ đạo cực
Các chùm quỹ đạo nghiêng
Ở đây các chùm quỹ đạo cực có xu hướng tập trung các vệ tinh ở gần cực thì các
chùm quỹ đạo nghiêng có xu thế phân bổ các vệ tinh đồng đều nhau hơn trên toàn

cầu. Thiết kế này được Loral sử dụng cho hệ thống Globalstar LEO và TRW sử
dụng cho hệ thống Odyssey MEO của họ.
Chùm này bao gồm tổng số T vệ tinh với S vệ tinh được phân bố đồng đều cho
P mặt phẳng, tất cả các mặt phẳng quỹ đạo đều có cùng góc nghiêng trực tiếp, cùng
độ cao và cùng độ lùi nút tăng. Hình vẽ 1.7 mô tả mối quan hệ giữa các thông số
của quỹ đạo nghiêng, trong đó:
Chùm được ký hiệu bởi T/P/F
T: Tông số vệ tinh
P: Số mặt phẳng quỹ đạo
F: Thông số chỉnh pha
LOPT: Góc nghiêng tối ưu cho tất cả các mặt phẳng
360
0
/T: Hiệu số pha giữa các vệ tinh ở hai mặt lân cận.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG I – TỔNG QUAN

Hình 1-7: Các thông số của quỹ đạo nghiêng
Cấu trúc tổ ong
Hình 1-8: Phân ô cho vùng
Vùng phủ được chia thành các ô nhờ các tia hẹp được tạo ra từ một anten nhiều
tia, nhờ vậy có thể tái sử dụng tần số. Hình trên đây cho thấy vùng phủ được chia
thành các ô.
Người sử dụng máy di động trong một ô hầu như được cố định vì các vệt phủ
của các tia chia mặt đất thành các dải phủ. Vì thế mạng biết trước cần chuyển giao
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG I – TỔNG QUAN
sang ô nào. Chẳng hạn máy di động chuyển vào ô B và C rồi vào D. Ở các hệ thống
mặt đất các ô cố định, hướng chuyển động của máy di động không được biết trước
và máy có thể chuyển động vào một trong bốn hướng hoặc không chuyển động.
Ở các hệ thống thông tin di động tổ ong vệ tinh, chuyển giao chủ yếu là nhiệm
vụ của mạng. Vệt vệ tinh chuyển dịch rất nhanh và máy di động nhanh chóng

chuyển từ ô này sang một ô khác, và các ô do các tia hẹp tạo ra không có dạng hình
tròn, trừ một điểm ngay dưới vệ tinh.
1.2.4 Phân bổ tần số cho thông tin di động vệ tinh
Phân bổ tần số cho các hệ thống thông tin di động vệ tinh là một quá trình rất
phức tạp đòi hỏi sự cộng tác quốc tế và có quy hoạch. Phân bổ tần số được thực
hiện dưới sự bảo trợ của Liên đoàn viễn thông quốc tế (ITU). Để tiện cho việc quy
hoạch tần số, toàn thế giới được chia thành ba vùng:
Vùng1: Châu Âu ,Châu Phi, Liên Xô cũ và Mông Cổ
Vùng 2: Bắc Mỹ, Nam Mỹ, và Đảo Xanh
Vùng 3: Châu Á(trừ vùng 1), Úc và Tây nam Thái Bình Dương
Phân bổ tần số cho đường dịch vụ
Băng tần dành cho thông tin di động vệ tinh tại WARC-87 được cho ở hình dưới
đây.
Bảng 1-1: Băng tần dành cho thông tin di động vệ tinh WARC-87 quy định
1530 1533
15441545
1555
1626,51631,5
1634,5
1645,51646,5
1656,51605,5
MMSS
mss
RDSS
(1)
mss
MMSS
mss
RDSS
(1)

RA
LMSS
MMSS\
AMSS
LMSS
MMSS\
LMSS
MMSS\
AMSS
LMSS
LMSS
Trong phần này chúng ta xét phân bổ tần số cho các hệ thống vệ tinh di động sử
dụng quỹ đạo không phải địa tĩnh (NGSO). Quản lý tần số cho các dịch vụ di động
vệ tinh được định ra ở hai hội nghị quốc tế : WARC-87 và WARC-92.
Kí hiệu:
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG I – TỔNG QUAN
MMSS : Dịch vụ vệ tinh di động hàng hải
LMSS: Dịch vụ di động mặt đất
AMSS: Dịch vụ di động hàng không
RDSS: Dịch vụ định vị máy vô tuyến
(1): Cho phép tầu thuyền và máy bay thông tin qua vệ tinh
Tại WARC-92 các băng tần bổ sung được phân bổ cho dịch vụ thông tin di động
NGSO và dịch vụ định vị máy vô tuyến RDSS. Trước hội nghị này, không tần số
nào được dành cho cho các hệ thống NGSO. Phân bổ tần số cho dịch vụ thông tin di
động tại WARC-92 được cho ở bảng dưới đây. Với chú ý rằng phân vùng của ITU
như sau:
- Vùng 1: Châu Âu, Châu Phi, Trung Đông và các nước SGN
- Vùng 2: Châu Mỹ
- Vùng 3: Châu Á trừ Trung Đông, Nga và Châu Úc
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG I – TỔNG QUAN

Bảng 1-2: Phân bổ tần số được quy định ở WARC-92
Phân bổ tần số cho
dịch vụ MSS, RDSS
Vùng 1 trên thế
giới của ITU
Vùng 2 trên thế
giới của ITU
Vùng 3 trên thế
giới theo ITU
MHz
137 - 137,025
137,025 – 137,175
137,175 – 137,825
137,825 – 138
148 – 149,9
149,9- 150,05
312 – 315
387 – 390
400,15 – 401
1492 – 1525
1525 – 1530
1530 – 1533
1533 – 1535
1535 – 1544
1544 – 1545
1545 – 1555
1555 – 1559
1610 – 1610,6
1610 – 1613,8
1613,8 – 1626,5

1626,5 – 1631,5
1631,5 – 1634,5
1634,5 – 1645,5
1645,5 – 1646,5
1646,5 – 1656,5
1656,5 – 1660
1660 – 1660,5
1675 – 1690
1690 – 1700
1675 – 1690
1690 – 1700
1700 – 1710
1930 – 1970
1970 – 1980
1980 – 2010
2120 – 2160
2160 - 2170
2170 – 2200
2483 - 2500
2500 – 2520
2670 – 2690
MMSS.lmss
MMSS
MSS
MSS
MSS.mss
mss.lmss
MSS
MSS
mss

MSS
mss
MSS
LMSS
mss
mss
MSS
MSS
MSS
MMSS, LMSS
MMSS
MMSS
MSS
AMSS(R)
LMSS
MMSS, RDSS
MMSS, RDSS
MMSS, RDSS.mss
MSS
MMSS.lmss
MMSS.LMSS
MSS
AMSS
LMSS
LMSS
MSS
MSS
MSS
MSS
MSS

mss
MSS
MSS
mss
MSS
MSS
MSS.RDSS
MSS
MSS
lmss
MMSS.rdss
MMSS.rdss
MMSS, rdss.mss
MSS
rdss.MSS
Phân bổ tần số cho đường nuôi
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG I – TỔNG QUAN
WARC-92 chỉ đưa ra phân bố phổ tần cho đường dịch vụ chứ không phân bố tần
số cho đường nuôi. Vấn đề này được giải quyết tại hội nghị vô tuyến quốc tế năm
1999 (WARC-95). Ba băng : Băng C, Ku , Ka được WARC-95 phân bổ cho đường
nuôi được cho ở bảng dưới đây.
Bảng 1-3: Phân bố tần số cho một số hệ thống LEO lớn cho một hệ thống CDMA
Băng Phương truyền Hãng xin phép Mỹ
5091-5250 MHz
6700-7075 MHz
15,40-15,45GHz
15,45-15,65 GHz
15,65-15,70 GHz
19,3-19,6 GHz
29,1-29,4 GHz

Đường lên
Đường xuống
Đường xuống
Hai chiều
Đường xuống
Đường lên/đường xuống
Đường lên
Globalstar
ICO global communication
Mobile communication
MCH
ELLIPSO
Iridium
Odyssey
Phân bổ tần số cho một số hệ thống thông tin di động vệ tinh tổ ong LEO lớn
Bảng dưới đây tổng kết tần số được sử dụng bởi các hệ thống này.
Bảng 1-4: Phân bố tần số cho một số hệ thống LEO lớn cho nhiều hệ thống CDMA