Tải bản đầy đủ (.doc) (188 trang)

tổng quan kĩ thuật thông tin vệ tinh

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.37 MB, 188 trang )

Chương 1
TỔNG QUAN KĨ THUẬT THÔNG TIN VỆ TINH
1.Giới thiệu chung
Thông tin vô tuyến (radio communication) bằng vệ tinh ra đời nhằm
mục đích cải thiện các nhược điểm của mạng vô tuyến mặt đất, nó có dung
lượng cao hơn, băng tần rộng hơn, đem lại cho khách hàng nhiều dịch vụ mới
và thuận tiện với chi phí thấp hơn.
Trong chiến tranh thế giới thứ 2 để tạo ra các loại vũ khí, khí tải ngày
càng hiện đại, các nước tham chiến buộc phải thúc đẩy việc nghiên cứu hai kĩ
thuật mới là tên lửa và truyền dẫn viba. Hai kĩ thuật này lúc này chỉ là những
kĩ thuật riêng rẽ. Về sau người ta mới tìm cách kết hợp hai kĩ thuật này lại với
nhau và đã đạt được nhiều thành công đáng kể, từ đó tạo điều kiện cho thông
tin vệ tinh ra đời của thông tin vệ tinh. Hiện nay những dịch vụ mà hệ thống
thông tin vệ tinh đem lại đã trở nên rất đa dạng và các ưu điểm của nó so với
các mạng vô tuyến mặt đất hai các mạng cáp là không thể phủ nhận.
Năm 1957, nước Nga phóng thành công vệ tinh nhân tạo đầu tiên của
loài người vào quỹ đạo (vệ tinh SPUTNIK). Các năm sau đó là những cuộc
thử nghiệm đã diễn ra liên tục như quảng bá lời chúc giáng sinh của tổng
thống Eissenhower qua vệ tinh SCORE năm 1985, phóng thành công vệ tinh
ECHO năm 1960, truyền tin qua vệ tinh COURIER năm 1960, các vệ tinh dải
rộng THELSTAR và RELAY năm 1962 và vệ tinh đĩa tĩnh đầu tiên
SYNCOM năm 1963.
Đến năm 1965 vệ tinh đĩa tĩnh thương mại đầu tiên (INTELSAT 1) hay
còn gọi là Early Bird được đưa lên quỹ đạo, đánh dấu thời điểm chính thức
thông tin vệ tinh có thể phục vụ người dùng. Cùng năm đó vệ tinh viễn thông
đầu tiên của nước Nga nằm trong hệ MOLNYA cũng đã được phóng.
Những hệ thống vệ tinh đầu tiên chỉ có khả năng cung cấp một dung
lượng thấp với giá thuê bao tương đối cao, ví dụ vệ tinh INTELSAT 1 chỉ có
480 kênh thoại với giá thuê bao 32500 $ mét kênh một năm. Giá thành quá
cao này là do thời điểm bấy giê khả năng tên lửa đẩy còn thấp nên người ta
không thể đưa được một vệ tinh quá nặng có dung lượng lớn lên quỹ đạo. Dần


dần với sự tiến bộ của khoa học kĩ thuật, các tên lửa đẩy lên rất mạnh. Thêm
nữa, người ta cũng đạt được những tiến bộ trong việc chế tạo các anten đa búp
sóng (Multi beam) phù hợp với hình dáng của vùng phục vụ cùng với các kĩ
thuật sử dụng lại tần số và công nghệ bán dẫn đã cho phép các vệ tinh có mức
phát tín hiệu mạnh hơn và tiết kiệm dải tần hơn. Sự phát triển này làm cho
chóng ta có thể phóng được những vệ tinh nặng với dung lượng lớn và giá
thuê bao giảm (ví dụ vệ tinh ITELSAT 6) mang 80.000 kênh thoại với giá
thuê bao chỉ có 380 $ mét kênh một năm. Hiện nay người ta đã khai thác đến
các thế hệ vệ tinh ITELSAT 7 và 8.
*Đặc điểm của thông tin vệ tinh
Nói tới một hệ thống thông tin vệ tinh chóng ta phải kể đến ba ưu điểm
nổi bật của nó mà các mạng mặt đất không có hoặc không hiệu quả bằng nó:
- Khả năng quảng bá rộng lớn.
- Có giải thông rộng.
- Nhanh chóng và dễ dàng đặt lại cấu hình khi cần thiết (ví dụ khi bổ
sung trạm mới hoặc thay đổi thông số trạm cũ…)
Ta đã biết đối với mạng thông tin vô tuyến mặt đất hai trạm muốn
thông tin cho nhau thì các anten phải nhìn thấy nhau. Đó gọi là thông tin vô
tuyến có tầm nhìn thẳng (Line Of Sight – LOS). Tuy nhiên do trái đất có hình
dạng cầu cho nên khoảng cách giữa hai trạm sẽ bị hạn chế để đảm bảo cho
các anten trông thấy nhau. Đối với khả năng quảng bá còng nh vậy, các khu
vực trên mặt đất không còn nhìn thấy anten của đài phát sẽ không thể thu
được tín hiệu. Trong trường hợp bắt buộc phải truyền tin đi xa người ta, có
thể dùng phương pháp nâng cao cột anten, truyền sóng phản xạ tầng điện ly
hoặc xây dựng các trạm chuyển tiếp. Trên thực tế người ta thấy rằng cả ba
phương pháp đều có nhiều nhược điểm. Việc nâng độ cao của cột anten gặp
rất nhiều khó khăn về kinh phí và kĩ thuật mà hiệu quả không được là bao
nhiêu (ví dụ nếu cột anten cao1km thì cũng không thể quảng bá quá 200km
trên mặt đất). Nếu truyền sóng phản xạ tầng điện ly thì cần có công suất phát
rất lớn và bị ảnh hưởng rất mạnh của môi trường truyền dẫn nên chất lượng

tuyến không cao. Còn các trạm chuyển tiếp giữa hai trạm đầu cuối sẽ được cải
thiện được chất lượng tuyến, nâng cao độ tin cậy, nhưng chi phí lắp đặt các
trạm trung chuyển và rất không thích hợp khi có nhu cầu mở thêm tuyến mới.
Tóm lại, để có thể truyền tin đi xa người ta mong muốn xây dựng được
các trạm anten rất cao nhưng lại phải phát ổn định và vững chắc, sự ra đời của
vệ tinh chính là để thoả mãn nhu cầu đó. Với vệ tinh người ta người ta có thể
truyền sóng đi rất xa và dễ dàng thông tin trên toàn cầu hơn bất cứ một hệ
thống mạng nào khác. Thông qua vệ tinh INTEL SAT, lần đầu tiên trên hai
trạm đối diện trên hai bờ đại dương đã thông tin được cho nhau. Do có khả
năng rộng lớn cho nên vệ tinh rất phù hợp cho các phương thức truyền tin đa
điểm đến đa điểm (cho dịch vụ quảng bá) hay đa điểm đến một điểm HUB
(cho dịch vụ thu thập số liệu).
Bên cạnh khả năng phủ sóng lớn, băng tần rộng của các hệ thống vệ
tinh rất thích hợp với các dịch vụ quảng bá như truyền hình số có độ phân dải
cao (High Difinition TV), phát thanh sè hay các dịch vụ ISDN thông qua
mạng mặt đất, hoặc trực tiếp đến thuê bao (Direct to Home – DTH) thông qua
mạng VSAT. Cuối cùng do sử dụng phương tiện truyền dẫn qua giao diện vô
tuyến cho nên các hệ thống thông tin vệ tinh là rất lý tưởng cho khả năng cấu
hình lại nếu cần. Các công việc triển khai trạm mới, loại bỏ trạm cũ hay thay
đổi tuyến đều có thể thực hiện dễ dàng, nhanh chóng với chi phí thực hiện tối
thiểu.
Tuy nhiên hệ thống thông tin vệ tinh cũng có nhược điểm đó là:
- Không cố định .
- Khoảng cách truyền dẫn xa nên xuy hao lớn, ảnh hưởng của tạp âm
lớn .
- Giá thành lắp đặt hệ thống rất cao, chi phí cho trạm mặt đất cũng tương
đối tốn kém
- Tuổi thọ thấp hơn các hệ thống mặt đất, khó bảo dưỡng, sửa chữa và
nâng cấp.
Người ta muốn vệ tinh có vai trò nh mét cột anten cố định nhưng trong

thực tế vệ tinh luôn chuyển động tương đối với mặt đất, dù là vệ tinh địa tinh
đi nữa thì vẫn có một sự dao động nhỏ. Điều này bắt buộc trong hệ thống phải
có các trạm điều khiển nằm giữ vệ tinh ở một vị trí tối ưu cho thông tin. Tuy
nhiên kể cả khi có các trạm điều khiển thì vệ tinh vẫn không hoàn toàn cố
định nên các trạm mặt đất nói chung cần các hệ thống bám phức tạp và điều
này làm giá thành của trạm tăng vọt. Thêm nữa, do các vệ tinh bay trên các
quỹ đạo cách rất xa mặt đất cho nên việc truyền sóng giữa các trạm gặp phải
suy hao rất lớn, bị ảnh hưởng của thời tiết, đi qua nhiều dạng môi trường khác
nhau. Để vẫn đảm bảo được chất lượng của tuyến người ta phải sử dụng nhiều
kĩ thuật bù và chống lỗi phức tạp.
Nh ta đã nói ở trước, chi phí để phóng vệ tinh là rất cao nên nói chung các
vệ tinh chỉ có khả năng hạn chế. Bù lại các trạm mặt đất phải có khả năng làm
việc tương đối mạnh nên các thiết bị phần lớn là đắt tiền, nhất là chi phí cho
mét anten lớn (ví dụ một trạm mặt đất trang bị anten khoảng 30m giá thành
khoảng 10 triệu $).
Các vệ tinh bay trong không gian cách xa mặt đất, năng lượng chủ yếu
dùng cho các động cơ phản lực điều khiển là các loại nhiên liệu lỏng hoặc rắn
được vệ tinh mạng theo trong boong. Lương nhiên liệu dự trữ này không thể
quá lớn vì khả năng của các tên lửa đẩy có giới hạn, đồng thời nó sẽ làm cho
kích thước vệ tinh tăng lên đáng kể do phải tăng thể tích của thùng chứa. Nếu
như vệ tinh dùng hết loại nhiên liệu này thì chúng ta không điều khiển vệ tinh
được nữa tức là không còn duy trì được sự ổn định của tuyến, khi đó coi như
vệ tinh đã hỉng và như thế nói chung tuổi thọ của vệ tinh thường thấp hơn các
thiết bị thông tin mặt đất khác. Để làm cho vệ tinh hoạt động trở lại người ta
cần thu hồi vệ tinh để sửa chữa tiếp thêm nhiên liệu, sau đó lại phóng lên quỹ
đạo. Việc khôi phục các vệ tinh đã hết tuổi thọ này hết sức tốn kém và phức
tạp nên trong thực tế người ta thường dùng phương pháp thay thế bằng một vệ
tinh hoàn toàn mới và vứt bỏ vệ tinh cũ đi.
Một hệ thốnh vệ tinh có thể cung cấp rất nhiều loại hình dịch vụ khác nhau
và ngày càng được phát triển đa dạng hơn. Tuy nhiên nhìn chung thông tin vệ

tinh đem lại ba líp dịch vụ như sau:
a. Trung chuyển các kênh thoại và các chương trình truyền hình. Đây là
sự đáp ứng cho các dịch vụ cơ bản nhất đối với người sử dụng. Nó thu thập
các luồng số liệu và phân phối đến các mạng mặt đất với một tỉ lệ hợp lí. Ví
dụ cho líp dịch vụ này là các hệ thống INTELAT và EUTELSAT. Các trạm
mặt đất của chúng thường được trang bị anten đường kính từ 15-30m.
b. Cung cấp khả năng đa dịch vụ, thoại, số liệu cho những nhóm người sử
dụng phân tách nhau về mặt địa lí. Các nhóm sẽ chia sẻ một trạm mặt đất và
truy nhập đến nó thông qua mạng. Ví dụ cho líp dịch vụ này là các hệ thống
vệ tinh TELECM 1, SBS, EUTELSAT 1, TELE – X, và INTELSAT (cho
mạng IBS). Các trạm mặt đất ở đây được trạng bị anten đường kính từ 3 –
10m.
b.
Kết nối các thiết bị đầu cuối có góc mở rất nhỏ (VSAT) nhằm để truyền
dẫn các luồng số liệu dung lượng thấp và quảng bá các chương trình truyền
hình, truyền thanh số. Thông thường người ta dùng sẽ kết nối trực tiếp với
trạm mặt đất có trang bị anten đường kính từ 0,6 – 1,2m. Các thuê bao di
động cũng nằm trong líp dịch vụ này. Tiêu biểu cho các dịch vụ này là các hệ
thống EQUATORIAN, ITELNET hoặc INTELSAT… Các dịc vụ của VSAT
hiện đã rất phong phú mà ta có thể kể đến nh cấp và tự động quản lí thẻ tín
dụng, thu thập và phân tích số liệu, cung cấp dịc vụ thoại, mật độ thưa, truyền
hình hội nghị…
*Sự phát triển của kĩ thuật thông tin vệ tinh
Thế hệ vệ tinh thương mại đầu tiên là INTELSAT 1 ra đời vào năm
1965, đến đầu những năm 70 các hệ thống vệ tinh đã có thể cung cấp các dịch
vụ thoại và truyền hình giữa hai lục địa. Mới đầu vệ tinh chỉ đáp ứng được
cho các tuyến có dung lượng thấp sau đó nhu cầu gia tăng tốc độ cũng như số
lượng thông tin qua vệ tinh đã thúc đẩy nhanh chóng việc hình thành các hệ
thống vệ tinh đa búp sóng và kĩ thuật dùng lại tần số cho sóng mang. Kĩ thuật
đầu tiên được ưa dùng cho hệ thống thông tin vệ tinh là analog sử dụng công

nghệ FDM/FM/FDMA. Sau đó để đáp ứng được nhu cầu gia tăng thông tin,
người ta đã tiến đến các phương thức truyền dẫn tiên tiến hơn là PSK/TDMA
và PSK/CDMA. Các phương thức về sau dùa trên việc truyền dẫn số qua vệ
tinh để khai thác triệt để mọi ưu điẻm do kĩ thuật số đem lại. Trong tương lai
khi dung lượng của tuyến vệ tinh còng nh sè lượng vệ tinh trên toàn cầu tăng
lên cực lớn thì việc sử dụng quá nhiều sóng mang sẽ làm cho mức can nhiễu
giữa các hệ thống thô tin với nhau vượt quá mức cho phép. Để giải quyết vấn
đề này, những nhà chế tạo bắt buộc phải nghĩ đến việc áp dụng các công nghệ
sau.
- Xử lý tại chỗ (onboard processing): Giải điều chế tín hiệu ngay trên vệ
tinh để xử lý, sau đó điều chế lại rồi truyền các tín hiệu đã xử lí này xuống các
trạm mặt đất thu. Đây là trường hợp của các vệ tinh tái sinh (regenerative
satellite).Chuyển mạch trên vệ tinh hay còn gọi là đa truy nhập phân chia theo
thời gian bằng chuyển mạch vệ tinh .
- Sử dụng các tuyến thông tin toàn cầu (intersatellate Network).
- Sử dụng các bước sóng qoét hoặc nhẩy bước (Scanning á hopping
beam)cho các Sö dông c¸c bíc sãng qoÐt hoÆc nhÈy bíc (Scanning á
hopping beam)cho c¸c
cell trên mặt đất .
- Sử dụng băng tần cao hơn (30/20Ghz và 50/40Ghz ) mặc dù các dải
tần này không nằm trong dải sóng radio (300MHZ đến 10GHZ) nên sóng
mang phải chịu tác động lớn của môi trường truyền sóng và mưa
- Quảng bá trực tiếp từ vệ tinh tới người sử dụng (direct to home).Khi đó
thiết bị đầu cuối của người sử dụng sẽ được kết nối thẳng trạm mặt đất mà
không phải thông qua mạng .
Hiện nay ở các nước châu Âu,Mỹ và Nhật đang có nhiều chương trình
phát triển thông tin vệ tinh nhằm tăng cường khả năng của vệ tinh như dung
lượng, công suất ,tuổi thọ và phương thức truyền dẫn. Điều này cho phép kích
cỡ và giá thành của trạm mặt đất ngày càng giảm đi và trở nên gần gũi hơn
với người sử dụng. Trong một số trường hợp chúng chỉ đơn giản là các trạm

nhận mà đơn giản nhất là trạm thu truyền hình trực tiếp từ vệ tinh
(TVRO).Đây là một sự tiến bộ rất có ý nghĩa cho cơ hội phát triển của vệ tinh
trong tương lai.
Hình 1 thể cấu trúc tổng quát của một hệ thống thông tin vệ tinh trong
thực tế. Nó có thể chia thành hai phần chính là phần không gian (space
segment) và phần mặt đất(Ground segment)
ThiÕt bÞ ph¸t
ThiÕt bÞ thu
PhÇn mÆt ®Êt
Tr¹m ®iÒu khiÓn
PhÇn kh«ng gian
TuyÕn lªn
TuyÕn xuèng
2.phần không gian
2.1 Cấu trúc
Phần không gian là khái niệm để chỉ một phần cửa hệ thống bao gồm vệ tinh
và tất cả các thiết bị trợ giúp cho hoạt động của nó như các trạm điều khiển và
trung tâm giám sát vệ tinh .Taị các trung tâm này các hoạt động như bám
sát,đo lường từ xa và điều khiển (Tracking telemetry and command- TT& C)
sẽ được thực hiện nhằm mục đích giữ cho vệ tinh cố định ,đồng thời kiểm tra
được các thông số hoạt động của vệ tinh như nhiệt độ anten nguồn điện
acquy, nhiên liệu…
Tuyến mà sóng radio được phát từ các trạm mặt đất đến anten thu của
vệ tinh được gọi là tuyến lên (uplink). Ngược lại tuyến mà vệ tinh phát cho
các trạm mặt đất sẽ được gọi là tuyến xuống (downling ). Để đánh giá chất
lượng của tuyến người ta hay dùng đại lượng C/N là tỷ số giữa công suất sóng
mang và công suất tạp âm ảnh hưởng đến sóng mang. Tỷ số này được quyết
định trên toàn tuyến bởi chất lượng của cả tuyến lên và tuyến xuống , tương
H×nh 1: CÊu tróc hÖ thèng th«ng tin vÖ tinh
ứng với điều kiện truyền dẫn riêng ở mỗi tuyến (như môi trường trung gian,

kiểu điều chế , kiểu mã hoá tính chất của thiết bị thu …) .
Vệ tinh bao gồm một phần tải trọng (payload)và một phần nền
(platform).Phần tải trọng gồm anten và các thiết bị điện tử phục vụ cho truyền
dẫn . Phần nền bao gồm các thiết bị bảo đảm cho hoạt động của phần tải trọng
như giá đỡ, cung cấp nguồn điện, điều khiển nhiệt độ, điều khiển hướng và
quỹ đạo, các thiết bị đẩy phản lực, thùng chứa nhiên liệu và các thiết bị TT&
C. Trong quá trình hoạt động vệ tinh sẽ nhẹ dần do phải tiêu tốn nhiên liệu
cho việc điều khiển . Để cho vệ tinh không bị mất trọng tâm thì quá trình
giảm trọng lượng phải luôn phân bố đều trên toàn bộ thể tích của nó. Do đó
bao giê cũng thiết kế sao cho các thùng chứa nhiên liệu đối sứng với nhau qua
trọng tâm của vệ tinh. Thực tế những thùng chứa nhiên liệu nằm trong phần
nền(platform) chiếm phần lớn khối lượng và thể tích của vệ tinh.
Trong các hệ thống hiện nay , các vệ tinh chỉ giữ vai trò như một nót
trung chuyển (repeater) hoặc một nót tiếp xúc (relay) .Vì vậy vệ tinh phải có
chức năng khuyếch đại sóng mang từ tuyến lên sau đó truyền lại ở tuyến
xuống. Thông thường đối với vệ tinh công xuất tại đầu vào máy thu nằm
trong khoảng từ 10pw đến 1nw, tương ứng với công xuất sóng mang tại đầu
racủa bộ khuyếch đại phát nằm trong khoảng 10 đến 100W. Do đó hệ số
khuyếch đại công xuất của vệ tinh sẽ vào khoảng 100 đến 130dB. Ngoài ra vệ
tinh còn có chức năng điều chỉnh tần số sóng mang ở tuyến lên cao hơn tuyến
xuống thông qua các bộ đổi tần. Trên vệ tinh, yêu cầu ngăn cách tín hiệu ở
đầu ra máy phát và đầu vào máy thu phải đạt được150dB. Hiện nay và trong
tương lai gần các vệ sinh ví dụ như hệ thống ATC và ITALSAT sẽ có các
chức năng như giải điều chế, xử lý tín hiệu băng gốc và tái điều chế. Như vậy
ta thấy rằng việc biến đổi tần số của tuyến xuống so với tuyến lên vẫn được
các vệ tinh thế hệ cũ thực hiện bằng các bộ đổi tần (frequency concerter ) có
thể được thay bằng cách điều chế một sóng mang mới ở tuyến xuống đối với
hệ thống vệ tinh tái sinh.
Độ tin cậy của phần không gian là một yếu tố quan trọng để đánh giá khả
năng hoạt động của cả hệ thống. Độ tin cậy của vệ tinh phụ thuộc vào tất cả

các thiết bị của nó. Khi một vệ tinh bị háng thì không chỉ có nghĩa là các thiết
bị của nó bị háng mà có thể là do vệ tinh đã hết tuổi thọ. Một hệ thống có độ
tin cậy cao khi nó có các hệ thống dự phòng tốt. Trong các hệ thống cao cấp,
cứ một vệ tinh hoạt động thì có một vệ tinh dự phòng sẵn xàng trên quỹ đạo
và một vệ tinh dự phòng ở dưới mặt đất (trong kho ).
2.2, Các dạng quỹ đạo của vệ tinh.
Quỹ đạo là đường bay của vệ tinh khi nó ở trạng thái cân bằng giữa hai lực
trục đối. Đó là lực hấp dẫncủa trái đất đối với vệ tinh có hướng thẳng tới tâm
của trái đất và lực ly tâm trục đối với lực hấp dẫn được hình thành do độ cong
của hành trình vệ tinh. Hai lực này có cùng một giá trị tại vệ tinh chúng kết
hợp với nhau để giữ cho vệ tinh bay trong một mặt phẳng theo một dạng
đường cong nào đó có thể là đường tròn hoặc elip. Có 3 dạng quỹ đạo thường
gặp đó là quỹ đạo elip, quỹ đạo tròn nghiêng và quỹ đạo tròn ngang ( quỹ đạo
xích đạo ).
a, Quỹ đạo elip:
Quỹ đạo elip nghiêng một góc 64
0
so với mặt phẳng xích đạo của trái đất.
Loại quỹ đạo này có độ ổn định cao, đường bay của vệ tinh nằm trong một
mặt phẳng có dạng hình elip với bán trục lớn bằng khoảng cách từ trái đất đến
vệ tinh khi nó ở điểm cực viễn ( apogee ) và bán trục nhỏ khi nó ở điểm cực
cận ( periee ). Vận tốc của vệ tinh sẽ giảm đi khi khoảng cách giữa nó và trái
đất tăng lên và ngược lại.
Lùc hót
§é lín = GMm/e
2
VÖ tinh
khèi lîng m
Lùc li t©m
§é lín = mv

2
/r
Tr¸i §Êt
K lîng M
Kho¶ng c¸ch r
V
H×nh 2: C¸c ngo¹i lùc t¸c ®éng lªn vÖ tinh
Quỹ đạo này là trường hợp cân bằng đặc biệt của vệ tinh do lực hót không
đều của trái đất. Nhờ quỹ đạo nghiêng của mình mà vệ tinh có thể phủ sóng
được các vùng vĩ đạo cao của trái đất khi nó đến gần điểm cực viễn. Dạng quỹ
đạo này được dùng cho một số hệ thống vệ tinh như MOLNYA chu kỳ 12h
( khoảng cách tới viễn điểm 39957 Km và cận điểm là 548 Km ) và một số vệ
tinh có chu kỳ 24h.
Dạng quỹ đạo này đặc biệt thích hợp cho các hệ thống Mobile dùng thông
tin vệ tinh ở các nơi mà hiệu ứng che lấp do chướng ngại vật và fading chở
nên đáng kể khi góc ngẩng của anten nhỏ hơn 30
0
. Các quỹ đạo elip nghiêng
cho phép tạo ra những tuyến vệ tinh ở vĩ độ trung bình và vĩ độ cao với góc
ngẩng anten của trạm mặt đất gần bằng 90
0
nên suy hao môi trường đối với
tuyến này rất thấp. Đây là ưu điểm nổi bật mà kiểu quỹ đạo vệ tinh địa tĩnh
không có ( hệ thống ELLIPSAT bao gồm 24 vệ tinh trên hai mặt phẳng quỹ
đạo khác nhau cùng nghiêng 64
0
dùng phủ sóng liên tục toàn nước Mỹ cũng
thuộc kiểu quỹ đạo này ).
b, Quỹ đạo tròn nghiêng:
Trong trường hợp này vệ tinh có quỹ đạo tròn và có độ cao không đổi so

với mực nước biển. Với kiểu quỹ đạo này vệ tinh bay trong một mặt phẳng có
góc nghiêng gần 90
0
theo một đường tròn quanh trái đất. Độ cao khoảng vài
trăm Km tức là có chu kỳ khoảng 1 giê rưỡi. Các vệ tinh có thể bay qua mọi
vùng của trái đất nên kiểu quỹ đạo này thường được sử dụng cho các vệ tinh
do thám và quan sát ( Observation satellite ) ví dụ vệ tinh SPOT có độ cao 830
Km quỹ đạo nghiêng là 98,7
0
chu kỳ 101 phót. Hiện nay có rất nhiều hệ thống
vệ tinh toàn cầu sử dụng những chùm vệ tinh bay theo kiểu quỹ đạo này ở độ
cao thấp khoảng 1000 Km IRIDIUM, GLOBAL STAR, ODYSSEY, ARIES,
LEOSAT…
c,Quỹ đạo tròn ngang ( quỹ đạo xích đạo ):
Đây là kiểu quỹ đạo phổ biến cho các vệ tinh địa tĩnh. Trong trường hợp
này vệ tinh bay trên mặt phẳng xích đạo có độ nghiêng bằng 0
0
theo một
đường tròn vĩ độ 0 xung quanh trái đất, tốc độ của vệ tinh đúng bằng chu kỳ
của trái đất quay quanh trục của nó. Do đó trong trường hợp này vệ tinh xuất
hiện như một điểm cố định trên bầu trời khi quan sát từ một điểm trên mặt
đất.
Các vệ tinh địa tĩnh luôn đảm bảo được sự chuyển tiếp thông tin liien tục
trong thời gian thực giữa trạm mặt đất nằm trong vùng phủ sóng của nó. Như
vậy trong trường hợp này chỉ cần 3 vệ tinh có kinh độ khác nhau 120
0
là ta có
thể thiết lập được một hệ thống thông tin toàn cầu. Nhược điểm của dạng quỹ
đạo này là các vệ tinh không thể phủ sóng được các khu vực có vĩ độ cao là ở
hai vùng cực của trái đất.

*Vệ tinh ở mục a, b còn có tên gọi chung là vệ tinh không địa tĩnh, việc
lùa chọn quỹ đạo này còn phụ thuộc vào các ứng dụng cụ thể, độ can nhiễu
mà hệ thống có thể chấp nhận được và khả năng tầm phóng xa của vệ tinh.
*Để vệ tinh có thể giữ nguyên vị trí của mình trên quỹ đạo, người ta
thường dùng một trong hai kỹ thuật ổn định là ổn định quay hoặc ổn định 3
trục. Đối với ổn định quay thì mặt trụ ngoài của vệ tinh được quay để tạo ra
tác động con quay hồi chuyển ổn định vệ tinh, còn đối với ổn định 3 trục
ngi ta x dng cỏc con quay hi chuyn bờn trong v mt s ng c phn
lc h tr thớch hp.
2.3, Vai trũ ca trm iu khin
Trờn lý thuyt, cỏc v tinh chuyn ng vi cỏc qu o cú hỡnh dng l
ng trũn hoc ng elip, nhng trong thc t qu o ny khụng c ho
ton nh lý thuyt do v tinh cũn phi chu tỏc ng ca rt nhiu yu t
khỏch quan nh s thay i ngu nhiờn lc hút ca trỏi t, lc hp dn ca
cỏc hnh tinh lõn cn Vỡ vy ngay i vi v tinh a tnh thỡ vn luụn cú s
giao ng xung quanh v trớ cõn bng ca nú. Thờm na qu o ca chỳng
cũn b nghiờng. iu ny dn n trong h thng phi cú cỏc trm iu khin
v trong cỏc trm mt t phi cú cỏc h thng bỏm.
Trái Đất
Đờng xích đạo
75 Km
0,1
85 Km
75 Km
Quỹ đạo danh định của vệ tinh địa tĩnh
Độ trợt vệ tinh:
Bắc-Nam (N-S)
Đông-Tây (E-S)
0,05o
Độ lệch tâm: 0,001

Hình 3. Cửa sổ giữ trạm đối với vệ tinh địa tĩnh
Người ta đưa ra khái niệm cửa sổ giữ trạm (Station Keeping WWindow)
để nói nên khả năng trạm điều khiển chỉ có thể giữ vệ tinh địa tĩnh cố định
trong một phạm vi nhất định (trong phạm vi cửa sổ ). Kích thước của cửa sổ
thông thường là 0,1
0
theo kinh tuyến và 0,1
0
theo vĩ tuyến tức là trạm điều
khiển có khả năng giữ vệ tinh giao động trong phạm vi
±
0,05
0
theo phương
Bắc-Nam và Đông-Tây. Sự giao động theo kinh độ và vĩ độ của các vệ tinh
tương ứng với một dung sai vị trí là
±
37,5 Km. Đồng thời độ cao của vệ tinh
so với trái đất cũng luôn bị thay đổi theo thời gian với độ lệch tâm cực đại là
0,001. Do đó khoảng độ caothay đổi của vệ tinh trong mét chu kỳ 24h sẽ là 2
x 0,001 x (35786 + 6378 ) = 85 Km. Trong đó giá trị 6378 là bán kính của trái
đất tính ra Km, như vậy vệ tinh địa tĩnh sẽ giao động trong một thể tích có
kích thước 75 x 75 x 85.
Sù giao động của vệ tinh địa tĩnh quanh vị trí tương đối rõ ràng sẽ là cho
thời gian truyền dẫn giữa trạm và vệ tinh luôn bị thay đổi. Đồng thời nó còn
gây ra hiệu ứng Doppler đối với sóng mang. Tất cả những ảnh hưởng này đều
gây ra những khó khăn cho quá trình truyền dẫn và đồng bộ của hệ thống,
nhất là trong các hệ thống truyền dẫn số, ngoài ra trạm điều khiển còn có chức
năng giữ anten thu phát của vệ tinh luôn hướng về vùng phủ sóng trên mặt
đất. Hoạt động của trạm điều khiển dùa trên cơ sở các thông tin đo đạc nhận

từ rất nhiều bộ cảm biến (sensor) đặt trên vệ tinh.
2.4, Phân hệ thông tin của vệ tinh
Trên vệ tinh thường có hai phân hệ, đó là phân hệ thônh tin bao gồm tất cả
các thiết bị phục vụ cho việc truyền dẫn tin tức và phân hệ điều khiển có
nhiệm vụ đo lường các thông số làm việc và điều chỉnh lại các thông số này
khi có lệnh từ mặt đất cấu trúc của phân hệ thông tin có thể được biểu diễn
tổng quan bằng sơ đồ khối sau:
FC
LNA
MIX
OSCOSC
PPA HYPRID
Transponder
Transponder
MUX
F
D
A
TX
A
RX
VÖ tinh
*Bộ khuyếch đại tạp âm thấp
Trong sơ đồ trên LNA là bộ khuyếch đại tạp âm thấp được đặt ngay sau
anten thu A
RX
có nhiệm vụ khuyếch đại biên độ điện áp tín hiệu thu với mức
tạp âm ký sinh rất nhỏ (sẽ trình bày ở chương 4 ). Bé LNA của vẹ tinh thường
là kiểu có làm lạnh bằng Nitrogen lỏng hoặc hiệu ứng nhiệt điện. Bộ LNA của
vệ tinh cũng giống như bộ LNA của trạm mặt đất cho nên chúng sẽ được thảo

luận ở phần thiết bị của trạm mặt đất ở chương 3.
*Bộ đổi tần FC (Frequency converter):
Sau khi đã được khuyếch đại về biên độ tín hiệu thu ở tuyến leensex được
trộn với một tần số chuẩn F
L0
được tạo ra bởi một bộ giao động OSC-
Ocsillator đặt ngay trên vệ tinh. Tần số sinh ra ở đằng sau bộ trộn MIX là tổ
hợp giữa tần số tín hiệu ở tuyến lên và tần số ngoại sai F
L0
. Do tần số sóng
mang của tuyến lên bao giê cũng cao hơn tần số ở tuyến xuống cho nên bộ đổi
tần của vệ tinh thường là bộ đổi tần xuống (Down Converter). Nguyên tắc của
H×nh 4: Ph©n hÖ th«ng tin vÖ tinh
việc trộn tần là dùa vào đặc tính truyền đạt không tuyến tính của các thiết bị
bán dẫn. Ví dụ như một diode , để sinh ra các tổ hợp tần số mới từ hai tần số ở
đầu vào, nguyên tắc này có thể giải thích đơn giản như sau:
Giả sử đầu vào có dạng: I(t) = Acos[(2F
u
t)+
φ
u
]
Và tín hiệu ngoại sai có dạng: LO(t) = B cos [(2
π
F
L0
t) +
φ
L0
]

Sau khi qua bộ trộn tín hiệu đầu ra sẽ là: O(t) = I(t) LO(t).
Do đó O(t) = AB cos
O(t) = (AB/2)
Như vậy tại bộ ra của bộ trộn có tín hiệu O(t) với biên độ AB/2 bao gồm
hai thành phần tần số là F
U
+ F
LO
và bằng các bộ lọc ở đầu ra của bộ đổi tần ta
có thể chọn lấy một thành phần tần số mà ta mong muốn. Trong thông tin vệ
tinh thường người ta chọn thành phần tần số F
LO
lớn hơn F
U
. Do đó ta có
F
D
=F
LO
-F
U
. Ví dụ đối với băng tần C thì F
U
=6Ghz nên F
LO
phải bằng 10 Ghz
để F
D
= F
L0

- F
U
* Bộ khuyếch đại tiền công suất PPAvà chia HIBRID:

×