Nghiên cứu kỹ thuật thông tin vệ tinh, thiết kế trạm mặt đất ứng dụng trong truyền hình kỹ thuật số

1

1
Lời nói đầu

Công nghệ thông tin vệ tinh đóng một vai trò rất quan trọng trong thông
tin liên lạc. Thông tin vệ tinh đảm bảo các kết nối giữa các lục địa, các quốc
gia trong khu vực các vùng trong một quốc gia. Thông tin vệ tinh rất đa dạng
về loại hình dịch vụ cung cấp (thoại, dữ liệu, hình ảnh, phát thanh- truyền
hình, thông tin di động, định vị dẫn đờng, khí tợng ). Một tuyến liên lạc vệ
tinh có thể cung cấp dung lợng lớn có thể thay đổi theo nhu cầu với độ tin
cậy cao, việc thiết lập tuyến cũng nhanh chóng.
Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin quang thì
thông tin quang và thông tin vệ tinh trở thành hai phơng thức chính đảm bảo
các kết nối khu vực và quốc tế. Hai phơng thức này song song tồn tại và bổ
trợ cho nhau. Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ vi điện tử số, giá
thành các thiết bị đầu cuối thông tin giảm trong khi các tính năng thì ngày
càng đợc bổ xung và hoàn thiện. Các nhà sản xuất trên thế giới đang nỗ lực
sản xuất các thiết bị thu phát tín hiệu vệ tinh cho gia đình có giá thành dới
300USD phục vụ cho các dịch vụ DTH (Direct to Home) tơng tác hai chiều.
Đây sẽ là một trong những hớng phát triển chính của dịch vụ thông tin vệ
tinh trong thế kỷ 21 này bên cạnh các dịch vụ truyền thống.
Với sự hớng dẫn của phú giỏo s, tiờn s Pham Minh Viờt, tôi đ thực
hiện luận văn với đề tài Nghiên cứu kỹ thuật thông tin vệ tinh, thiết kế trạm
mặt đất ứng dụng trong truyền hình kỹ thuật số. Bản luận văn này đề cập các
kiến thức cơ bản của thông tin vệ tinh và thiết kế một trạm vệ tinh mặt đất cho
Công ty Viễn thông Quân đội (Viettelsat-1). Nội dung của luận văn gồm:

2

2
Chơng 1: Tổng quan về hệ thống thông tin vệ tinh.
Chơng 2: Một số phơng pháp điều chế số dùng trong thông tin vệ tinh.
Chơng 3: M Turbo.
Chơng 4: Tính toán đờng truyền.
Chơng 5: Thiết kế trạm vệ tinh mặt đất Viettelsat-1.
Tôi xin chân thành cảm ơn sự hớng dẫn tận tình của thõy Pham Minh
Viờt, các thầy cô giáo trong Trung tâm đào tạo và bồi dỡng sau đại học, Khoa
iờn T Viờn Thụng, Viện Đại học Mở Hà nội. Tôi xin cảm ơn sự giúp đỡ,
góp ý quý báu của các đồng nghiệp, bạn bè để bản luận văn này đợc hoàn
thành. Vì thời gian có hạn nên bản luận văn chắc chắn còn rất nhiều thiếu
sót. Tôi rất mong nhận đợc sự chỉ bảo của các Thầy, Cô, đồng nghiệp, bạn
bè để hoàn thiện các vấn đề đ nêu trong bản luận văn này.
Hà nội, ngày tháng năm 2012
Ngời viết









3

3
Chơng 1
Tổng quan về hệ thống thông tin vệ tinh

1.1. Tại sao lại sử dụng thông tin vệ tinh:
Thông tin là một nhu cầu cơ bản của một x hội phát triển. Có nhiều
phơng thức truyền thông tin : hữu tuyến ( cáp đồng trục, cáp quang ), vô
tuyến ( vi ba, vệ tinh ), Việc chọn phơng thức truyền thông tin phụ thuộc
vào loại dịch vụ, giá thành, độ tin cậy yêu cầu. Cùng với sự phát triển của
công nghệ chế tạo, phóng vệ tinh, các thiết bị viễn thông phạm vi sử dụng vệ
tinh ngày càng mở rộng sang nhiều lĩnh vực: truyền số liệu, truyền hình, thông
tin di động, định vị dẫn đờng
Thông tin vệ tinh có những đặc điểm sau:
Vùng phủ sóng lớn: với 3 vệ tinh địa tĩnh có thể phủ sóng toàn cầu.
Dung lợng thông tin lớn: do có băng tần công tác rộng và áp dụng
kỹ thuật sử dụng lại băng tần.
Độ tin cậy thông tin cao: tuyến thông tin chỉ có 3 trạm hai trạm đầu
cuối mặt đất, vệ tinh đóng vai trò nh trạm lặp xác suất lỗi do khí quyển và
do fading là không đáng kể. Tỉ lệ lỗi bit có thể đạt
9
10

.
Tính linh hoạt cao: hệ thông thông tin đợc thiết lập nhanh chóng
trong điều kiện các trạm ở mặt đất ở rất xa nhau, dung lợng thông tin có thể
thay đổi theo yêu cầu.
Đa dạng về loại dịch vụ : có rất nhiều loại dịch vụ nh:
+ Dịch vụ thoại, fax, telex cố định.
+ Dịch vụ phát thanh truyền hình quảng bá.
+ Dịch vụ định vị dẫn đờng, cứu hộ.
+ Dịch vụ thông tin di động.
+ Dịch vụ khôi phục cáp.

4

4
1.2. Quỹ đạo vệ tinh
Có ba loại quỹ đạo sau:
Quỹ đạo địa tĩnh ( Geostationary orbit ):
Đây là quỹ đạo mà vệ tinh nằm tại một điểm tơng đối so với mặt đất.
Vệ tinh có chu kỳ quay của trái đất. Vệ tinh địa tĩnh có độ cao khoảng
36.000km trên đờng xích đạo. Hớng quay của vệ tinh trùng với hớng quay
của quả đất. Vị trí cố định của vệ tinh trên quỹ đạo địa tĩnh đợc gọi là vị trí
quỹ đạo. Vị trí này đợc xác định bằng kinh tuyến chứa vệ tinh. Các vệ tinh
của một quốc gia phải đợc xác lập trên một cung quỹ đạo theo sự phân chia
của chuẩn quốc tế. Vị trí quỹ đạo của từng vệ tinh đợc xác lập theo quy định
của quốc gia.
Quỹ đạo nghiêng elíp (Elliptically incline orbit).
Đây là quỹ đạo đợc sử dụng thành công bởi hệ thông Intersputnik cho
hệ thông viễn thông của Liên Xô cũ. Chu kỳ quay của vệ tinh là 12h, trong đó
8h vệ tinh chuyển động chậm, trong thời gian này vệ tinh sẽ phủ sóng cho
miền cực của trái đất. Đặc điểm của quỹ đạo này là do chuyển động tơng đối
của vệ tinh ở xa là rất nhỏ nên có thể thu đợc tín hiệu liên tục với anten thu
cố định, trong khi đó anten trên vệ tinh phải đợc điều chỉnh theo sự chuyển
động của vệ tinh.
Quỹ đạo cực tròn ( Circular polar orbit ):
Đây là quỹ đạo chỉ tồn tại trên lý thuyết, thực tế trong viễn thông không
sử dụng quỹ đạo này do khó khăn về mặt kỹ thuật, kinh tế.

5

5

Hình 1.1: Quỹ đạo của vệ tinh.
1.3 Vùng phủ sóng của vệ tinh:
Vì bề mặt của trái đất có diện tích 2/3 là nớc nên việc phủ sóng toàn
cầu không đáp ứng tốt cho các dịch vụ của các trạm mặt đất. Giảm vùng phủ
sóng dẫn đến việc tăng hệ số tăng ích của anten trong vùng phủ sóng đó. Mặt
khác giới hạn vùng phủ sóng lên các vùng dịch vụ có thể sử dụng lại tần số
phân chia theo không gian; hai búp sóng không chồng lấn lên nhau có thể sử
dụng cùng một tần số mà can nhiễu lên nhau giảm.
1.3.1.Phạm vi phủ sóng:
Hiện nay trong kỹ thuật vệ tinh sử dụng các phạm vi phủ sóng sau:
Phủ sóng cục bộ:
Phủ sóng cục bộ bao gồm truyền dẫn trong 1 vùng xác định( trong một
thành phố hoặc một vùng) cung cấp các dịch vụ phân phối địa phơng nhằm
đáp ứng yêu cầu của khách hàng trong thành phố, hay trong một vùng. Chùm
sóng của vệ tinh có độ tăng ích định hớng cao trong những vùng phủ sóng
đặc biệt. Các chùm sóng đợc tối u hoá cho dung lợng cao nhất của hệ
thống và hoạt động cho các nội dung dịch vụ miền
Phủ sóng vùng:

6

6
Sự phân chia phủ sóng vùng dựa trên cơ sở ngôn ngữ hay địa lý (đất
nớc). Vùng phủ sóng này đợc tạo ra bởi một chùm sóng anten đơn hoặc
nhiều chùm sóng nhỏ bao phủ vùng đợc yêu cầu. Phủ sóng vùng tạo ra để
phát xạ năng lợng cho khách hàng nhằm đáp ứng các nhu cầu về ngôn ngữ và
các vấn đề về chính trị ( sự đồng sắp xếp tần số, sự giới hạn nội dung) chùm
sóng vùng cung cấp khả năng định hớng cao có thể đợc sử dụng để tăng
hiệu suất năng lợng của vệ tinh hay giảm chi phí của hệ thống trên mặt đất.

Phủ sóng toàn cầu :
Vệ tinh phủ sóng toàn cầu cung cấp khả năng truyền dẫn trong vùng
đợc tạo nên bởi nhiều miền (ngôn ngữ, chính trị) hay nhiều đất nớc ví dụ:
vùng bao phủ của Pan European cung cấp cùng 1 nội dung dịch vụ cho tất cả
các khách hàng ở nhiều đất nớc khác nhau trong Châu âu. Chùm phủ sóng
rộng bao phủ các nớc Châu âu cung cấp vùng phủ sóng cho Pan European.
Việc sử dụng nhiều chùm sóng bao phủ cũng có thể làm cho hiệu quả của hệ
thống tăng lên. Một ví dụ cho các chùm của vệ tinh Pan European đợc chỉ ra
trong hình 1.2:

Hình 1.2: Vùng phủ sóng của vệ tinh Pan European

7

7
1.3.2. Tăng cờng dung lợng của vệ tinh:
Khả năng của hệ thống vệ tinh đợc tăng cờng bằng cách sử dụng
băng thông khả dụng cao hơn tại các băng tần cao hơn (Ka, V) và thực hiện sử
dụng lại tần số bao gồm tối u hoá, đa dạng hoá các kế hoạch kênh truyền
dẫn. Số lợng và sự phức tạp của việc thực hiện các bộ phát đáp trên vệ tinh
giới hạn sự tăng cờng dung lợng kênh truyền hệ thống. Số lợng lớn nhất
của các bộ phát đáp bị giới hạn bởi các khả năng(khối lợng, công suất, cỡ
của vệ tinh) của loại tàu vũ trụ sử dụng để phóng vệ tinh.
Sử dụng lại tần số:
Dung lợng của hệ thống sẽ tăng lên bằng cách sử dụng lại phổ tần cho
phép nhờ tối u hoá việc phân định tần số và việc phân cực trên tuyến liên lạc.
Nhiều bớc sóng bao phủ và đa dạng hoá kế hoạch tần số sẽ tăng cờng hơn
nữa dung lợng hệ thống. Các tần số đợc sử dụng lại trong hệ thống cho
vùng Châu á Thái Bình Dơng đợc minh hoạ trong hình 1.3.

Hình 1.3a: Một chùm phủ sóng đơn Hình 1.3b: Nhiều chùm sóng

Có hai cách phủ sóng : Dùng 1 chùm sóng đơn rộng và 1 tập hợp các
chùm sóng điểm. Ví dụ 1 hệ thống sử dụng phân cực đôi và gồm 50 chùm
điểm lúc đó băng thông hiệu dụng thực chất đợc tăng lên. Sử dụng lại tần số

8

8
đợc tạo ra 310 bộ phát đáp tơng ứng (36 MHz) gấp 10 lần khả năng bộ phát
đáp trong vệ tinh sử dụng một chùm sóng đơn .
Ta có:
ESB =(Số ô)x(Độ rộng băng thông dự định)/ Hệ số sử dụng lại tần số
=
GHz
MHzxx
5,12
4
)500()250(
=

Số lợng bộ phát đáp tơng đơng 36M là:
ENT = 12,5GHz/40MHz=310(bộ)
ESB:Effective System Bandwith
ENT:Equivalent Number Transponder
Kế hoạch phát đa tần số:
Kế hoạch phát đa tần số dùng cùng tần số cho nhiều phần khác nhau

của vùng phủ sóng với các vị trí khác nhau. Sự thực hiện những kĩ thuật này
tăng cờng thêm dung lợng của hệ thống.
Ví dụ :Bằng cách kết hợp phơng pháp trên cho 1 vệ tinh( Sử dụng lại
và đa dạng hoá tần số ), dung lợng của hệ thống có thể tăng trên 58% (56-
96%) sử dụng cùng 1 khe tần số chỉ định mà không cần thay đổi bất kì thiết bị
mặt đất nào. Hệ thống cung cấp dung lợng cao hơn trong 6 vùng với 6 thứ
tiếng khác nhau. Sự tăng dung lợng thực sự của hệ thống phụ thuộc vào khả
năng của phần tải trọng không gian vệ tinh để cài đặt các phần cứng và cung
cấp công suất hoạt động.
1.4. Băng tần của vệ tinh:
Để thực hiện đợc liên lạc giữa mặt đất và vệ tinh thì các sóng mang
phải có tần số cao hơn tần số giới hạn xuyên qua tầng điện ly. Qua kết quả
nghiên cứu truyền sóng thấy rằng các tần số nhỏ hơn 1GHz bị tiêu hao lớn do
tầng điện ly, còn các sóng cao hơn 10GHz thì bị khí quyển, mây, ma hấp thụ,
chỉ có giới hạn từ 1 đến 10GHz là bị tiêu hao nhỏ nhất và đợc gọi là cửa sổ
vô tuyến truyền các tín hiệu sóng vô tuyến trong dải này đợc xem là truyền

9

9
sóng trong không gian tự do. Thông tin vệ tinh cũng là một dạng truyền sóng
trong không gian tự do. Ngời ta chọn các dải tần trong khoảng 1 đến 30GHz
để đảm bảo thông tin vệ tinh.
Để phân bổ tần số ngời ta chia thế giới ra 3 khu vực sau:
- Khu vực 1: bao gồm Châu Âu, Châu Phi, Trung Đông và Nga.
- Khu vực 2: bao gồm các nớc Châu Mỹ.
- Khu vực 3: bao gồm Châu á (trừ Trung Đông, Nga) và Châu Đại
Dơng.
Tần số phân phối cho một loại dịch vụ nào đó có thể phụ thuộc vào khu
vực. Trong một khu vực một dịch vụ có thể đợc dùng toàn bộ băng tần của

khu vực này hoặc phải chia sẻ với các dịch vụ khác. Các dịch vụ cố định sử
dụng các băng tần sau:
- Băng L:
- Tuyến lên khoảng 1,6GHz; tuyến xuống khoảng 1,5GHz dùng cho
thông tin di động vệ tinh.
- Băng C:
- Tuyến lên 5,925 đến 6,425GHz; tuyến xuống 3,7 đến 4,2GHz. Băng
này đợc sử dụng bởi hệ thống Intelsat và các vệ tinh nội hạt: Westar, Satcom,
Comstar (Mỹ), Anik (Canada), STW và Chinasat (Trung Quốc), Palapa
(Indonexia), Telecom1(Pháp) và CS2(Nhật).
- Tuyến lên: 5,725 đến 6,275GHz; tuyến xuống: 3,4 đến 3,9GHz Dùng
trong hệ thống Intersputnik (Nga)
- Tuyến lên: 5,850 đến 7,075GHz; tuyến xuống: 3,4 đến 4,2 GHz hoặc
4,5 đến 4,8GHz Dùng cho các băng tần mở rộng do WARC phân định
- Băng X:
- Tuyến lên: 7,925 đến 8,425GHz; tuyến xuống: 7,25 đến 7,75GHz
Dùng cho các vệ tinh thông tin của quân đội và chính phủ.


10

10
- Băng Ku:
-13/11 GHz: tuyến lên: 12,75 đến 13,25GHz; tuyến xuống: 10,7 đến
11,7GHz Đây là dải các băng tần mở rộng đợc WARC phân định.
- 14/11GHz: tuyến lên: 14 đến 14,5GHz; tuyến xuống: 10,95 đến
11,2GHz hoặc 11,45 đến 11,7 Dùng trong các vệ tinh Intelsat, Eutelsat và các
vệ tinh Nga.
- 14/12GHz: tuyến lên 14 đến 14,5GHz hoặc 14 đến 14,25; tuyến
xuống 11,7 đến 12,2GHz hoặc 12,5 đến 12,75GHz Dùng trong các vệ tinh

Intelsat, Eutelsat và các vệ tinh nội hạt của Mỹ, Canada và Pháp
- Băng Ka:
-Tuyến lên 27,5 đến 31GHz tuyến xuống 17,7 đến 21,2GHz. Dùng
cho các đề án nghiên cứu nhng chắc chắn sẽ đợc dùng phổ biến trong
tơng lai.
Mỗi trạm vệ tinh đợc phân phối cho một băng tần nhất định. Trong
thông tin vệ tin ngời ta thờng phân biệt các khái niệm băng tần nh sau:
Băng tần chiếm dụng(Occupied Bandwidth) B
OCC
, Băng tần danh định
(Allocated Bandwidth) B
ALL
, Băng tần tạp âm (Noise Bandwidth) B
N
, Băng
tần phân tích (Resolution Bandwidth) B
RES
và băng tần công suất tơng
đơng (Equivalent Power Bandwidth) B
EqP
.
Băng tần danh định B
ALL
là băng tần thực sự mà vệ tinh cung cấp cho
trạm mặt đất. Để đánh giá chất lợng sóng mang trong B
ALL
ngời ta phải
đo công suất (dB) của nó tại một vị trí nào đó xác định bởi B
RES
. Nếu lý

tởng thì B
RES
=1Hz nhng trên thực tế B
RES
bằng khoảng 1% B
ALL
.

11

11

Hình 1.4. Các định nghĩa băng tần
Các dải B
ALL
của các trạm mặt đất đợc đặt sát cạnh nhau cho nên
giữa chúng phải có một khoảng bảo vệ nào đó nhằm tránh xuyên nhiễu. Vì
vậy thực sự các sóng mang chỉ làm việc với dải tần chiếm dụng B
OCC
nhỏ hơn
và nằm trong B
ALL
. B
OCC
đợc xác định bằng khoảng băng tần giữa hai B
RES
sao
cho giá trị công suất đỉnh lớn hơn công suất mỗi B
RES
tối thiểu 40dB. Thông

thờng thì B
OCC
có giá trị trong khoảng 1/1.1 đến 1/1.2 B
ALL
.
Với mỗi một giá trị B
OCC
nào đó các trạm mặt đất còn phải chịu sự
qui định về mức công suất phát không đợc lớn hơn một giá trị cực đại
nhất định. Bởi vì nếu một trạm phát công suất lớn quá thì các hài do nó
sinh ra sẽ ảnh hởng nghiêm trọng đến các kênh lân cận có công suất nhỏ
hơn. Do vậy một trạm nếu muốn phát công suất lớn thì tơng đơng với
việc dải tần chiếm dụng của nó sẽ mở rộng ra. Giá trị của B
EqP
đặc trng
cho sự tơng đơng đó. Theo hình vẽ ta thấy B
EqP
có mức công suất đỉnh
thấp nhng độ rộng của nó tăng lên do vậy công suất cả dải của nó vẫn
bằng công suất B
OCC
. Ta thấy tuy chỉ phát công suất trong B
OCC
nhng trạm
vẫn phải thuê cả dải B
EqP
vì vậy phần mở rộng của nó không thể cho các
trạm khác trong mạng thuê đợc nữa. Do vậy các kỹ thuật truyền dẫn hiện
nay đang cố gắng để làm cho B
EqP

bằng với B
OCC
dựa trên việc giảm mức
công suất phát cần thiết của các trạm mặt đất. Một trong những kỹ thuật

12

12
đợc áp dụng để giảm công suất phát mà vẫn đảm bảo tỷ lệ BER là m sửa
lỗi trớc FEC.
Độ rộng dải tần B
ALL
đợc vệ tinh cung cấp cho các trạm mặt đất
theo yêu cầu của từng trạm nhng bao giờ cũng phải bằng số lẻ lần của
bớc 22,5KHz. Qui định này nhằm làm cho quá trình phân bổ tần số đơn
giản và thuận tiện nhất. Nhng hiện nay với sự tiến bộ của kỹ thuật tốc độ
các luồng ngày càng nhỏ hơn, chiếm dụng ít băng tần hơn cho phép linh
hoạt hơn trong việc chia các bớc khác nhau cho B
ALL
.
1.5. Các phơng pháp truy nhập vào vệ tinh:
1.5.1. Phơng pháp truy nhập phân chia theo tần số (FDMA)
Trong phơng pháp này độ rộng băng tần ( thờng là 500MHz) đợc
chia nhỏ thành các phần gọi là các bộ phát đáp (Transponder) thờng là 36
hoặc 72 MHz. Trạm mặt đất sẽ điều chỉnh tần số thu và phát sao cho bằng với
tần số thu và phát của Transponder. Các tín hiệu sẽ đợc phát đi đồng thời
nhng tại các tần số khác nhau, mỗi sóng mang sẽ chiếm một dải tần định
trớc tơng ứng với các Transponder.
Có hai kiểu FDMA đợc dùng là MCPC ( Multi Channel Per Carrier) và
SCPC ( Single Channel Per Carrier ).

1.5.2. Phơng pháp truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA)
Trong phơng pháp này mỗi trạm mặt đất sẽ sử dụng vệ tinh trong một
khoảng thời gian định trớc gọi là khe thời gian (Time slot) có độ dài cố định.
Cần để ra khoảng thời gian trống ( thời gian bảo vệ) giữa các khe thời gian
cạnh nhau sao cho các sóng mang phát từ nhiều trạm không lấn nhau trong bộ
phát đáp. Dựa trên cơ sở phân chia theo thời gian mỗi một trạm thu chỉ lấy ra
những sóng mang của chính nó.
Trong phơng thức TDMA, mỗi một trạm mặt đất đợc thiết kế sử
dụng một khe thời gian riêng biệt ( dành riêng cho nó ) để phát lu lợng

13

13
thông tin của mình dới dạng chuỗi bít số nằm trong một luồng bít số gọi là
burst tín hiệu.
1.5.3. Phơng pháp truy nhập phân chia theo m (CDMA)
Trong kỹ thuật CDMA mỗi trạm mặt đất sẽ phát cùng một lúc và cùng
tại một tần số. Để phân biệt, mỗi một trạm mặt đất có một m riêng, m này
đợc sử dụng để m hóa tín hiệu của chúng. Các trạm mặt đất sẽ chuyển tín
hiệu đến một trung tâm. Trung tâm này có một số bộ thu mà chúng chỉ có thể
khôi phục lại thông tin sử dụng m thích hợp. Tín hiệu sau khi đợc khôi phục
sẽ đợc chuyển đến đích đ định. Hệ thống này đòi hỏi một số lợng lớn các
bộ thu trong bộ trung tâm. Tuy nhiên trạm mặt đất có thể nhỏ và công suất
thấp do đó giá thành có thể giảm.
1.5.4. Phơng pháp truy nhập phân chia theo yêu cầu (DAMA)
Hệ thống sử dụng phơng thức này có độ linh hoạt cao, sử dụng
Transponder trên vệ tinh có hiệu quả, đặc biệt với những vùng có dung lợng
thấp. Hệ thống truyền dung lợng thoại bằng việc phân định kênh cho mỗi
cuộc gọi khi có nhu cầu tức là kênh thông tin chỉ đợc thiết lập giữa hai trạm
mặt đất trong thời gian thông tin với nhau. Hệ thống có khả năng kết nối nội

bộ với cấu hình dạng hoàn toàn lới, một số thuê bao trong một vùng dịch vụ
của một trạm mặt đất nào đó qua các kênh vệ tinh để thiết lập đờng thông với
các vùng dịch vụ của các trạm mặt đất khác.DAMA có nhiều ứng dụng trong
mạng viễn thông và ngày nay càng đợc sử dụng rộng ri.
Khi bắt đầu mỗi cuộc gọi thì trạm trung tâm chọn kênh vệ tinh và phân
định các bộ MODEM ở cả hai trung tâm đờng trục có thuê bao gọi đi và thuê
bao gọi đến để thực hiện thiết lập cuộc gọi tại các vị trí xa mỗi đờng trục
đợc nối với các bộ MODEM hoạt động theo phơng thức SCPC và các bộ
MODEM đợc điều khiển tới các tần số sóng mang đợc phân định bằng các
lệnh từ bộ điều khiển phân định theo nhu cầu từ xa.

14

14
Trung tâm điều khiển mạng DAMA đợc xem nh quan trọng nhất, nó
có máy điều khiển chủ MCC nối với MODEM kênh số liệu để liên lạc với các
bộ điều khiển phân định từ xa và MCC cũng đợc nối với các MODEM thu
phát thoại để thu tín hiệu báo hiệu. Trung tâm điều khiển DAMA có chức
năng chính là phân định các kênh vệ tinh cho các cuộc gọi mới. Nó có thể
thay đổi cấu hình hệ thống, giám sát chất lợng. Khai thác tổng thể hệ thống
thông qua ngời khai thác.
Tuy vậy thời gian trễ truyền dẫn không dới 810ms vì vậy không kinh
tế khi dùng DAMA cho dịch vụ truyền số liệu. Ví dụ truyền bản tin 8Kb trên
thiết bị đầu cuối 2,048 Mbps chỉ hết 3,91 ms mà hệ thống phải tốn không dới
810 ms để thiết lập cuộc nối. Nên sử dụng DAMA cho liên lạc điện thoại.
1.6. Các dịch vụ cung cấp bởi thông tin vệ tinh:
Phạm vi phục vụ của thông tin vệ tinh rất rộng, nó có thể đảm bảo hầu
hết các dịch vụ của thông tin viễn thông nh cố định và di động. Các loại dịch
vụ có thể đợc vệ tinh cung cấp là:
- Điện thoại.

- Điện báo.
- Truyền số liệu và các dịch vụ kinh doanh mới.
- Phát thanh truyền hình.
- Các loại dịch vụ kết hợp (ISDN, Multimedia, Video conference).
- Các dịch vụ cứu hộ, cứu nạn, khẩn cấp, định vị dẫn đờng.
- Dịch vụ dự phòng, hỗ trợ cho các tuyến cáp backbone.
- Các mục đích quân sự, viễn thám, khí tợng,
1.6.1. Dịch vụ thoại:
Đây là loại dịch vụ cơ bản nhất của mọi hệ thống thông tin nói chung và
vệ tinh nói riêng. Tất cả các hệ thống vệ tinh quốc tế cũng nh khu vực và nội
hạt đều cung cấp dịch vụ thoại. Các hệ thống thông tin vệ tinh quốc tế có
chức năng đảm bảo các sóng mang thông tin công cộng giữa các châu lục và

15

15
các quốc gia. Các sóng mang này sẽ đảm bảo liên kết thông tin giữa các mạng
mặt đất nội hạt khác nhau cho phép kết nối các kênh thoại giữa các quốc gia.
Do lu lợng thông tin quốc tế là rất lớn nên nhìn chung các kênh thoại quốc
tế thờng đợc ghép kênh vào các sóng mang (theo tần số FDM, theo thời
gian TDM). Mỗi sóng mang có thể ghép đợc 12 đến 972 kênh thoại tơng
tự có phổ tần 4KHz khi sử dụng chế độ FDM-FM. Khi sử dụng các sóng
mang số ghép kênh theo thời gian đặc biệt dùng kết hợp với thiết bị tích hợp
kênh số thì số lợng kênh thoại đợc ghép kênh trên mỗi sóng mang còn lớn
hơn nhiều.
1.6.2. Các dịch vụ điện báo:
Các kênh điện báo, truyền chữ tốc độ thấp (50 hoặc 75 baud) thờng
đợc ghép vào một kênh thoại nhờ kỹ thuật ghép kênh theo tần số hoặc thời
gian. Tuỳ thuộc vào kỹ thuật ghép kênh mà một kênh thoại có thể ghép đợc
46 kênh báo theo thời gian hoặc 24 kênh báo theo tần số (tốc độ 50 baud).

1.6.3. Dịch vụ phát thanh, truyền hình:
Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của truyền hình số, các dịch vụ DTH
(Direct to home) qua vệ tinh tận dụng đợc những u điểm vốn có của thông
tin vệ tinh là vùng phủ sóng rộng, thiết bị đầu cuối rẻ và nhỏ gọn dễ triển khai,
lắp đặt khi sử dụng băng tần Ku. DTH là một trong những hớng phát triển
dịch vụ truyền hình trả tiền bên cạnh các chơng trình quảng bá của Đài
Truyền hình Việt nam. Thông tin vệ tinh cũng cung cấp các dịch vụ phát
quảng bá cho phát thanh thông qua hệ thống VSAT, nơi mà phạm vi đảm bảo
của hệ thống phát thanh mặt đất không đáp ứng đợc có thể dùng các trạm
remote VSAT thu và phát lại các chơng trình của đài trung ơng. Mô hình
này đang đợc Đài Tiếng nói Việt nam áp dụng cho các đài phát địa phơng ở
các vùng xa, hải đảo.

16

16
Dịch vụ vệ tinh cũng đáp ứng rất tốt cho các dịch vụ phát thanh truyền
hình lu động với các thiết bị nhỏ gọn có thể mang xách tay đợc và triển khai
rất nhanh.
1.6.4. Dịch vụ truyền số liệu và các dịch vụ nghiệp vụ kinh
doanh mới:
Do nhu cầu ngày càng cao của nền kinh tế hội nhập toàn cầu hoá nên
đòi hỏi phát triển nhiều loại dịch vụ thông tin nghiệp vụ phục vụ kinh doanh
mới ứng dụng truyền dẫn số. Các ứng dụng này dựa trên các thành tựu tiên
tiến của công nghệ viễn thông và tin học, xử lý số tín hiệu. Các thành tựu này
thờng đợc ứng dụng cho các dịch vụ kiểu Telematic, bao gồm:
- Phân chia dung lợng tính toán giữa các phơng tiện (ví dụ giữa các
máy tính tập trung hay phân tán).
- Thiết lập các đờng thông tin tốc độ cao để đảm bảo sự trao đổi và
chuyển mạch thông tin nhanh chóng giữa các chế độ chủ yếu của mạng xử lý

số liệu.
- Cập nhật tức thời số liệu của một trung tâm xử lý phân tán.
- Trao đổi giữa các ngân hàng dữ liệu.
- Phát quảng bá tin tức và phân phối số liệu.
- Mở rộng truyền dẫn Fax từ tốc độ thấp đến tốc độ cao dùng cho các
ứng dụng nh th tín điện tử, in ấn từ xa
- Mở rộng các tiện nghi hội nghị từ xa, từ các hội nghị trợ giúp hình
ảnh đơn giản (64Kbps) tới các hình ảnh phức tạp (2Mbps) và hình ảnh đầy
đủ (34Mbps).
Có rất nhiều hệ thống cung cấp dịch vụ nghiệp vụ kinh doanh qua vệ
tinh ra đời để đáp ứng cho những nhu cầu ngày càng cao trong lĩnh vực này,
nh: hệ thống IBS và Intelnet của Intelsat, hệ thống SMS của Eutelsat và các
hệ thống VSAT.


17

17
1.6.5. Các dịch vụ kết hợp:
Hệ thống thông tin vệ tinh có khả năng thích nghi với các loại dịch vụ
kết hợp nh: ISDN, Multimedia. ISDN đợc CCITT coi nh là mạng toàn cầu
lý tởng. Đặc điểm chính của ISDN là cung cấp các dịch vụ thoại và phi thoại
trong cùng một mạng thông tin số. Hiện nay ISDN đ và đang đợc triển khai
trên phạm vi toàn thế giới, thông tin vệ tinh cũng đang thúc đẩy việc bổ xung
thêm các dịch vụ ISDN. Các vệ tinh của Intelsat sẽ cung cấp ISDN theo 3
cách: qua các dịch vụ dùng TDMA, các dịch vụ số liệu tốc độ trung bình IDR
và trong IBS, với tỷ lệ lỗi bit BER < 10
-7
.
1.6.6. Các dịch vụ liên lạc, cứu trợ khẩn cấp, định vị dẫn đờng:

Trong các thời gian có thiên tai, động đất chiến tranh, các phơng tiện
liên lạc trên mặt đất có thể bị phá huỷ hay quá tải thì thông tin vệ tinh có thể
đợc triển khai một cách nhanh chóng, hiệu quả bằng các thiết bị có thể mang
vác bằng tay, đáp ứng kịp thời các nhu cầu liên lạc khẩn cấp.
Ngày nay hệ thống GPS rất phát triển có thể cung cấp thông tin chính xác,
nhanh chóng về vị trí của các đối tợng cần xác định. Hệ thống này đóng vai trò
rất quan trọng trong các lĩnh vực an ninh quốc phòng và dân sự.
1.6.7. Các dịch vụ hỗ trợ, dự phòng cho các tuyến cáp backbone:
Thông tin vệ tinh có thể đáp ứng đợc nhu cầu về dung lợng lớn của
các tuyến cáp backbone khi bị sự cố hoặc trong thời gian bảo hành sửa chữa.
1.7. Cấu hình một hệ thống thông tin vệ tinh:
Một hệ thống thông tin vệ tinh bao gồm hai phân hệ chính đó là: phân
hệ không gian và phân hệ mặt đất.
1.7.1. Phân hệ không gian:
Phân hệ không gian bao gồm vệ tinh và tất cả các thiết bị phụ trợ cho
hoạt động của vệ tinh nh các trạm điều khiển và giám sát vệ tinh. Các trung
tâm này có nhiệm vụ bám sát, đo lờng từ xa và điều khiển (TT&C-
Tracking Telemetry and Command) để giữ cho quỹ đạo vệ tinh luôn ổn định,

18

18
điều khiển phạm vi, hớng các chùm sóng của anten và kiểm tra giám sát các
thông số hoạt động của vệ tinh nh: nguồn điện, tình trạng nhiên liệu, nhiệt
độ của anten,
Tuyến mà trạm mặt đất phát, vệ tinh thu gọi là tuyến lên (up link),
tuyến mà vệ tinh phát, trạm mặt đất thu gọi là tuyến xuống (down link).
Vệ tinh gồm hai phần chính là: phần tải trọng (payload) và phần nền
(platform). Phần tải trọng gồm anten và các thiết bị điện tử phục vụ cho truyền
dẫn nh các bộ phát đáp (transponder), các bộ lọc, khuếch đại tạp âm

thấp, Phần nền chứa các thiết bị đảm bảo hoạt động cho phần tải trọng nh:
giá đỡ, nguồn, các bộ điều khiển nhiệt độ, hớng quỹ đạo, các thiết bị TT&C,
các thiết bị đẩy phản lực, các thùng chứa nguyên liệu, Sau đây ta đi tìm hiểu
cấu tạo phần tải trọng hay còn gọi là phân hệ thông tin.


Hình 1.5 : Phân hệ thông tin (payload) của vệ tinh
Anten: do đặc thù của vệ tinh nên các anten này phải có khối lợng
nhỏ, kích thớc khi phóng gọn nhẹ. Có hai loại anten trên vệ tinh đó là anten
dùng để đo xa, điều khiển (thờng dùng băng tần VHF) và anten thông tin
dùng để nhận/ phát sóng vô tuyến từ/ về trạm mặt đất.
Trong các thiết kế gần đây nhất cho vệ tinh băng rộng thế hệ mới, các
nhà sản suất đ phát triển các loại anten trọng lợng nhỏ, kích thớc phản xạ
khi triển khai lớn để cung cấp tính định hớng cao và có thể cung cấp nhiều
chùm sóng bao phủ. Tập đoàn TRW Astro Aerospace đ phát triển loại anten
mặt phản xạ dạng lới, có đờng kính khi triển khai từ 6 đến 30m với trọng

19

19
lợng khá nhỏ với mặt phản xạ có thể đợc cấu trúc một cách đặc biệt cùng
với ma trận feedhorn để đáp ứng các kiểu mẫu phủ sóng một cách linh hoạt và
độ định hớng cao, với nhiều chùm sóng.



Hình 1.6 : Anten mặt phản xạ dạng lới

Bộ khuếch đại tạp âm thấp (LNA-low noise amplifier): Đặt ngay sau
anten thu nhằm giảm sự suy hao của tín hiệu và tránh tạp âm gây ra bởi ống

dẫn sóng. Nhiệm vụ của bộ LNA là khuếch đại tín hiệu từ nền nhiễu lên đủ
lớn mà không làm ảnh hởng chất lợng tín hiệu. Bộ LNA đợc làm lạnh
bằng Nitrogen lỏng hoặc hiệu ứng nhiệt điện Peltier. Hệ số phẩm chất G/T của
hệ thống phụ thuộc chủ yếu vào phẩm chất của anten và LNA.
Bộ đổi tần (FC-frequency converter): Dùng biến đổi tần số thu đợc
xuống tần số thấp hơn và phát xuống, đồng thời khuếch đại tín hiệu để bù suy
hao của chính nó. Có thể có 2 kiểu đổi tần là đổi một lần và đổi hai lần tuỳ
thuộc vào số bộ dao động nội (LO) trên vệ tinh. Đổi tần một lần có u điểm là

20

20
đơn giản vì chỉ cần một bộ LO, nhng nhợc điểm của nó là dễ bị nhiễu lọt
thẳng và phổ tần sau khi biến đổi bị đảo ngợc. Đổi tần hai lần tuy có phức tạp
hơn vì phải dùng tới hai bộ LO nhng lại khắc phục đợc những nhợc điểm
của phơng pháp trên.
Bộ khuếch đại tiền công suất PPA và bộ phân chia HYBRID: Bộ
PPA(Prior Power Amplifier) làm nhiệm vụ khuếch đại sơ bộ công suất tín
hiệu đi ra từ bộ đổi tần để cung cấp cho các bộ phát đáp (transponder). Việc
phân chia này do bộ HYBRID thực hiện, bộ HYBRID có n đầu ra tơng ứng
với số transponder trên vệ tinh.
Bộ MUX: Trớc khi ra anten phát tín hiệu của các transponder ở các
băng tần con khác nhau phải đợc ghép lại với nhau. Yêu cầu ghép phải đảm
bảo cho sự can nhiễu giữa các kênh vệ tinh là thấp nhất và mức công suất của
chúng đồng đều nhau trong tín hiệu tổng hợp. Có nhiều kỹ thuật đợc áp dụng
cho bộ MUX nhng thông dụng nhất vẫn là bộ CIRCULATOR.
Các bộ phát đáp (Transponder): Một transponder gồm một loạt các
khối đợc kết nối với nhau tạo ra một kênh thông tin giữa anten thu và anten
phát. Để xem xét một cách chi tiết cấu tạo của một transponder ta lấy ví dụ
với băng tần C. Băng thông của băng tần C là 500MHz đợc chia ra làm nhiều

băng con, mỗi băng cho một transponder. Băng thông chuẩn cho một
transponder là 36MHz và 4MHz cho khoảng bảo vệ tổng cộng là 40MHz vậy
toàn bộ 500MHz đợc chia làm 12 băng con. Bằng cách sử dụng phân cực con
số này có thể tăng gấp đôi. Ngoài ra với anten đa chùm có thể sử dụng lại tần
số, vì vậy băng tần thực 500MHz có thể đợc sử dụng lại với băng tần hiệu
dụng là 2000MHz.


21

21

Hình 1.7 : Các kênh cho transponder vệ tinh băng C

Hình 1.8 : Cấu tạo một transponder trên vệ tinh và các mức năng lợng
Mỗi một bộ khuyếch đại riêng rẽ cung cấp nguồn ra cho một kênh phát
đáp. Nh chỉ ra trên hình 1.8, mỗi một bộ khuyếch đại nguồn đợc đặt trớc

22

22
bởi một bộ suy giảm đầu vào. Điều này cần thiết cho phép mỗi bộ khuyếch đại
công suất có thể điều chỉnh mức công suất mong muốn. Bộ suy giảm gồm có
bộ phận cố định và điều chỉnh đợc. Bộ phận cố định cần thiết cho việc cân
bằng sự biến đổi đầu ra của bộ suy giảm vì vậy mỗi một kênh phát đáp có
cùng một bộ suy giảm danh định (là giá trị của phần suy hao cố định). Sự điều
chỉnh rất cần thiết trong suốt quá trình lắp ráp. Bộ phận suy hao có thể biến
đổi cần cho việc thiết lập các mức khác nhau cho các loại dịch vụ khác nhau
(một ví dụ cho lùi công suất sẽ đợc thảo luận ở phần sau). Bởi vì sự điều
chỉnh suy hao này là yêu cầu vận hành nên nó sẽ theo sự điều chỉnh của trạm

TT & C. Đèn khuyếch đại sóng chạy (TWTA) đợc sử dụng rộng ri trong bộ
phát đáp với cấu hình dự phòng 1:5 để cung cấp cho đầu ra yêu cầu truyền tới
anten. Hiện nay ngời ta dùng HPA bán dẫn SSPA.
1.7.2. Phân hệ mặt đất:
Khoảng cách từ trạm mặt đất đến vệ tinh khoảng 36000 Km xa hơn 700
lần so với các trạm chuyển tiếp trong hệ thống Viba mặt đất. Do vậy, chúng ta
phải có công nghệ thu tín hiệu rất nhỏ từ vệ tinh và phát công suất đủ lớn,
đồng thời phải đối phó với thời gian trễ. Phân hệ mặt đất hay còn gọi là các
trạm thu phát mặt đất bao gồm:
+ Anten thu phát và các thiết bị điều khiển, bám vệ tinh.
+ ống dẫn sóng, các bộ chia cao tần và ghép công suất.
+ Bộ thu tạp âm thấp, các bộ điều chế và giải điều chế.
+ Các bộ đổi tần tuyến lên và tuyến xuống.
+ Các bộ ghép kênh và giải ghép kênh.
+ Bộ khuyếch đại công suất cao.

23

23


Hình 1.9: Sơ đồ một tuyến liên lạc vệ tinh.
* Khối MOD (Modulation): có nhiệm điều chế tín hiệu BB (Base band)
lên thành tín hiệu trung tần IF đồng thời nó có nhiệm vụ m hoá kênh truyền
để chống lỗi.
* Khối U/C (Up Converter): có nhiệm vụ đổi tín hiệu trung tần IF thành
tần số cao tần RF, nó biến đổi tín hiệu trung tần lên tần số các băng C, K
u
tuỳ
theo yêu cầu.

* Khối Combiner: các tín hiệu đầu ra của các bộ biến đổi nâng tần đợc
đa tới bộ Combiner ở đây chúng đợc hợp lại thành một tín hiệu chung để
đa đến bộ khuyếch đại công suất cao (HPA) xuyên suốt hệ thống và đặc biệt
tại điểm đó các trễ nhóm và các vấn đề tuyến tính có thể đợc bù lại bằng
cách sử dụng các mạch đặc biệt nh bộ cân bằng.
* Khối HPA (High Power Amplifier): có nhiệm vụ khuyếch đại tín hiệu
sóng mang cao tần RF có biên độ nhỏ đợc cung cấp bởi thiết bị phát mặt đất
thành tín hiệu hữu ích có công suất lớn. Sau khi ra khỏi HPA tín hiệu sóng
mang cao tần đợc bức xạ bởi anten có hệ số tăng ích thích hợp để đảm bảo

24

24
công suất bức xạ của tín hiệu tới đợc vệ tinh. Các trạm mặt đất thờng dùng
bộ HPA có công suất ra từ vài chục W đến vài KW tuỳ theo dung lợng của
trạm thông tin mặt đất. Để khuyếch đại công suất ngời ta thờng dùng các
thiết bị khuyếch đại chân không nh đèn sóng chạy TWT (Travelling Wave
Tube), đèn Klystron hay các thiết bị bán dẫn. Đèn TWT có băng tần rộng hơn
500MHz nhng cấu tạo phức tạp, công suất tiêu thụ lớn. Đèn Klystron có cấu
tạo đơn giản, tiêu thụ nguồn ít nhng băng thông chỉ đạt 80MHz. Hiện nay,
trong các trạm mặt đất thờng dùng loại HPA SSPA vì nó có những u điểm
nổi bật so với TWTA và Klystron là hiệu suất cao, dịch pha nhỏ, đặc tuyến
khuếch đại và pha tuyến tính hơn, trọng lợng nhỏ hơn, độ tin cậy cao và tuổi
thọ lớn hơn.
* Khối LNA (Low Noise Amplifier): có nhiệm vụ khuyếch đại tín hiệu
thu đợc từ vệ tinh lên đủ lớn do tín hiệu thu đợc thờng rất yếu (thờng
khoảng 150dBw) trên nền tạp âm lớn. Vì vậy khi khuyếch đại sẽ khuyếch đại
luôn cả tạp âm cho nên bộ LNA có một vai trò đặc biệt quan trọng trong trạm
vệ tinh mặt đất vừa đảm bảo khuyếch đại tín hiệu lên mức đủ lớn vừa không
làm giảm chất lợng tín hiệu. LNA thông dụng thờng là các bộ khuyếch đại

tham số và transistor trờng.
* Khối Divider : Mục đích của bộ Divider là để phân chia đầu ra từ
LNA đến các bộ biến đổi hạ tần.
* Khối D/C (Down Converter): có nhiệm vụ biến đổi tín hiệu cao tần
RF thu đợc thành tín hiệu trung tần IF.
* Khối DEM (Demodulation): có nhiệm vụ giải điều chế, giải m hoá
kênh truyền thành tín hiệu BB (Base band).
* Anten: có nhiệm vụ bức xạ (thu) tín hiệu RF lên (từ) vệ tinh. Đờng
kính anten thu, phát của trạm mặt đất thông thờng có đờng kính từ 0,6m
đến 30m tuỳ theo tiêu chuẩn từng loại trạm. Hệ số khuyếch đại anten quy về
đầu vào máy thu kể cả suy hao do fiđơ đợc tính theo công thức sau đây:

25

25
fido
L
D
G
2
22



=
.
Trong đó:
D: đờng kính anten tính theo mét.

: hiệu suất anten với giá trị từ 50% đến 70%.


: bớc sóng tín hiệu mà anten thu (phát).
L
fido
: suy hao ống dẫn sóng.
Intelsat đ phân loại các trạm vệ tinh mặt đất , đầu tiên dựa vào các đặc
tính hoạt động của chúng. Đặc tính hoạt động của chúng liên quan đến kích
thớc của anten và tần số công tác băng C hoặc Ku. Intelsat phân loại trạm từ
A đến Z cùng với các phân loại
1
F
,
2
F
nh bảng sau:
Tiêu chuẩn trạm mặt đất

Kích thớc anten (m)

Băng tần (GHz)
A
30ữ32
Băng C (6/4)
A
15ữ30
Băng C (6/4)
B
11ữ13

Băng C (6/4)
C
11ữ30
Băng Ku(14/11 & 12)
D1 5,5 Băng C (6/4)
D2 10 Băng C (6/4)
E1 3,5 Băng Ku(14/11 & 12)
E2
5ữ7
Băng Ku(14/11 & 12)
E3
8ữ10
Băng Ku(14/11 & 12)
F1
4,5ữ5
Băng C (6/4)
F2
7ữ8
Băng C (6/4)
F3
8ữ10
Băng C (6/4)
G(VSAT)
0,6ữ2,4
Băng C hoặc Ku
G(TVRO)
1,2ữ11
Băng C hoặc Ku
Z
0,6ữ22

Băng C hoặc Ku

Bảng 1.1: Tiêu chuẩn trạm mặt đất theo phân loại của Intelsat