Đặc điểm truyền sóng trong thông tin vệ tinh

Chương I
TỔNG QUAN HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH
1.1. ĐẶC ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH
Xã hội càng phát triển thì nhu cầu của con người về mọi mặt của đời sống cũng
ngày càng cao. Để đáp ứng những mục đích chính đáng và thiết thực đó các công nghệ
mới trong nhiều lĩnh vực đã ra đời. Các loại thông tin trên sóng vệ tinh đã cũng từng
bước đi sâu vào đời sống của chúng ta, chúng ta có thể cảm nhận điều đó. Thông tin có
thể được chia ra làm hai loại như thông tin truyền qua cáp đồng trục hoặc cáp sợi
quang và thông tin Vệ tinh sử dụng sóng vô tuyến điện để nối nhiều nơi trên thế giới.
Mặc dù hai loại thông tin cáp và Vệ tinh có các tính năng đặc biệt khác nhau và phát
triển tách biệt nhau nhưng chúng cạnh tranh với nhau ở một mức độ nào đó.
Trọng tâm của đề tài mà em trình bày đó là về thông tin Vệ tinh mà đặc biệt đi
sâu về đặc điểm kênh truyền trong thông tin Vệ tinh.
Điều đáng chú ý là tuy thông tin Vệ tinh ra đời muộn so với các loại thông tin
khác nhưng cho tới nay nó đã phát triển nhanh chóng và đạt được những thành tựu lớn
trong việc giúp con người có cái nhìn sâu sắc hơn về thế giới xung quanh. Thực tế cho
thấy kể từ năm 1957 đến nay đã có hàng trăm Vệ tinh viễn thông trên bầu trời đã phục
vụ rất nhiều dịch vụ viễn thông khác nhau và hứa hẹn sẽ phát triển cung cấp thêm rất
nhiều tiện ích nữa cho các lĩnh vực trong cuộc sống. Để duy trì được vị trí của mình,
thông tin Vệ tinh sở hữu nhiều ưu thế như sau:

1.1.1. Ưu điểm của thông tin Vệ tinh
*Vùng phủ sóng của Vệ tinh khá rộng, chỉ cần ba Vệ tinh địa tĩnh có thể phủ
sóng toàn cầu. Sóng vô tuyến điện phát đi từ một Vệ tinh ở quỹ đạo địa tĩnh có thể bao
phủ 1/3 toàn bộ bề mặt trái đất. Bởi vậy, những trạm mặt đất trong vùng đó có thể
thông tin trực tiếp với bất kỳ một trạm mặt đất khác trong vùng qua một Vệ tinh thông
tin.

1

Hình 1.1- Ba vệ tinh trên quỹ đạo địa tĩnh phủ sóng toàn cầu.
*Thiết bị phát sóng dùng trong hệ thống truyền tin Vệ tinh chỉ cần công suất nhỏ.
Do thông tin Vệ tinh ít bị suy hao do gặp chướng ngại vật như: nhà cao tầng, sông,
núi,… trên đường đi như đối với thông tin mặt đất.
*Việc lắp đặt hoặc di chuyển các thành phần trong hệ thống truyền tin Vệ tinh
đặt trên mặt đất tương đối nhanh chóng, dễ dàng và không phụ thuộc vào cấu hình
mạng cũng như hệ thống truyền dẫn.
*Các thiết bị điện tử đặt trên Vệ tinh có thể tận dụng nguồn năng lượng mặt trời
để cung cấp hoạt động cả ngày lẫn đêm.
*Hệ thống truyền tin Vệ tinh có thể phục vụ nhiều dịch vụ khác nhau: thoại và
phi thoại, thăm dò địa chất, định vị toàn cầu, quan sát mục tiêu, thăm dò, dự báo khí
tượng, phục vụ các mục đích quốc phòng, an ninh, dân sự….
*Thông tin Vệ tinh rất ổn định. Đã có nhiều trường hợp bão to, động đất trong
lúc các phương tiện truyền thông khác không thể hoạt động duy trì thì duy nhất chỉ có
hệ thống thông tin Vệ tinh hoạt động để cung cấp các thông tin cần thiết cho con
người.

1.1.2. Nhược điểm của thông tin Vệ tinh
Tuy thông tin Vệ tinh có nhiều lợi thế nhưng bất kỳ một hệ thống thông tin nào
cũng luôn tồn tại một số nhược điểm ngay cả hệ thống thông tin Vệ tinh cũng vậy.
*Kinh phí ban đầu để phóng một Vệ tinh vào quỹ đạo là khá lớn và công nghệ
phóng cũng như việc sản xuất thiết bị không phải quốc gia nào cũng thực hiện được.
2


*Cường độ trường tại điểm thu trên mặt đất phụ thuộc vào khoảng cách truyền
sóng và góc phương vị giữa anten thu - phát. Nói cách khác là cường độ trường tại
điểm thu trên mặt đất phụ thuộc vào tọa độ của Vệ tinh so với vùng được phủ sóng.
*Tín hiệu của tuyến lên và tuyến xuống trong hệ thống thông tin Vệ tinh phải
chịu lượng trễ khá lớn là 1/4 giây để đi hết đường lên hoặc đường xuống mặc dù tốc

độ truyền rất cao là 300.000 km/s đối với Vệ tinh địa tĩnh, do đó trong quá trình xử lý
phải tính toán đến.
*Sóng vô tuyến điện sử dụng trong thông tin Vệ tinh cần phải xuyên qua tầng
điện ly và khí quyển bao quanh trái đất, nhưng sóng vô tuyến điện với các tần số cao
bị hấp thụ và bị các suy hao khác trong khí quyển. Nếu muốn dùng anten bé, trọng
lượng thiết bị nhẹ thì tổn hao vào giá thành sẽ tăng.
Qua nghiên cứu và tính toán, người ta đã đưa ra đặc tuyến biểu thị mối liên quan
giữa sự suy hao của sóng vô tuyến điện trong khí quyển với tần số như sau:
Hệ số suy hao (dB/Km)
O2

20

(b)

10
5,0

(a)

Cửa sổ vô tuyến

(c)

3,0

Thăng giáng điện ly
Suy hao do mưa
Các chất khí trong khí
quyển

Thăng giáng tầng đối lưu

1,0
0,5

H2O

(d)

0,3
0,1
0,3 0,5

1

3

5 10

20

50

Tần số (Ghz)

Hình 1.1 Suy hao của sóng vô tuyến điện trong khí quyển trái đất.
+Khoảng tần số suy hao nhỏ nhất là từ (1÷10)GHz được gọi là cửa sổ tần số.
+Khoảng tần số được sử dụng nhiều nhất trong thông tin Vệ tinh là từ (4÷6)GHz
băng C nằm trong cửa sổ tần số.
+Dải tần từ (11÷14)GHz băng Ku tuy bị hấp thụ lớn trong mưa nhưng cũng được

thường xuyên sử dụng do thiếu băng tần sử dụng.
3


*Nhận xét: Nhìn vào đặc tuyến ta có thể rút ra kết luận như sau:
-Đường (a): Sự thăng giáng tín hiệu trong tầng điện ly càng lớn khi tần số càng
thấp, nhỏ nhất > 5 GHz.
-Đường (b): Sự suy hao của sóng do mưa càng cao khi tấn số càng cao, nhỏ nhất
< 10 GHz.
-Đường (c): Ảnh hưởng của các chất khí trong khí quyển phụ thuộc vào tần số
được dùng, ảnh hưởng nhỏ nhất khi tần số xấp xỉ 10 GHz.
-Đường (d): Thăng giáng tín hiệu ở tầng đối lưu càng tăng khi tấn số càng cao.

1.2. CẤU TRÚC TỔNG QUÁT MỘT HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ
TINH
Một hệ thống thông tin Vệ tinh bao gồm hai phân đoạn:
+Phân đoạn không gian (space segment).
+Phân đoạn mặt đất (ground segment).
Phân đoạn không gian
Vệ tinh
Trạm điều khiển

Tuyến lên

Tuyến xuống

Vệ tinh

Thiết bị phát

Thiết bị thu

(trạm mặt đất)

(trạm mặt đất)
Phân đoạn mặt đất

Hình 1.2: Mô tả cấu trúc tổng quát một hệ thống thông tin Vệ tinh.

1.2.1. Phân đoạn không gian
Phân đoạn không gian của một hệ thống thông tin Vệ tinh bao gồm: Vệ tinh cùng
các thiết bị đặt trong Vệ tinh và hệ thống các trang thiết bị đặt trên mặt đất để kiểm tra
theo dõi và điều khiển hành trình của Vệ tinh.

4


1.2.1.1. Vệ tinh
a, Cấu trúc:
Bản thân Vệ tinh bao gồm hai phần:
+Phần tải (payload): bao gồn hệ thống các anten thu/phát và tất cả các thiết bị
điện tử phục vụ cho việc truyền dẫn và xử lý tín hiệu qua Vệ tinh.
*Các bộ phát đáp (transponder) được đặt trong Vệ tinh thu tín hiệu từ tuyến lên,
biến đổi tần số, khuếch đại công suất và truyền trở lại theo tuyến xuống.

Tín hiệu từ
tuyến lên

Bộ chuyển
đổi xuống

Bộ lọc Bộ khuếch đại
thông thấp tạp âm thấp
BPF
LNA

Anten thu
6GHz

LO

Bộ khuếch đại
Bộ lọc công suất đèn Tuyến
thông thấp sóng chạy
xuống
BPF
TWTA
Anten phát
4GHz

Bộ dao động
nội
Hình 1.3: Sơ đồ khối chức năng của một bộ phát đáp đơn giản.
-Nhiêm vụ: Bộ phát đáp không có nhiệm vụ giải điều chế và xử lý tín hiệu thu
được. Nó chỉ đóng vai trò như một bộ chuyển đổi xuống, có hệ số khuếch đại lớn.
-Cấu trúc: Bộ khuếch đại công suất thường dùng loại khuếch đại đèn sóng chạy
TWT (Travelling Wave Tube Amplifier) và khuếch đại dùng bán dẫn SSPA (Solid
State Power Amplifier). Vì đèn TWT cho công suất ra lớn, kích thước trung bình, gọn
và băng tần rộng vài trăm MHz có thể phủ sóng tất cả các băng tần phân định truyền
dẫn, điều đó có lợi cho việc sử dụng nhiều sóng mang hơn. Công suất bão hòa tại đầu
ra của TWTA thường từ 20W ÷ 40W. Trong các Vệ tinh loại mới được trang bị các bộ

phát đáp có đa chùm tia (multi beam satellite transponder) và các bộ phát đáp tái sinh.
-Băng tần: Băng tần phân bổ cho bộ phát đáp Vệ tinh có thể từ vài trăm MHz đến
vài chục GHz. Băng tần này thường được chia thành các băng tần con. Hầu hết các bộ
5


phát đáp thường được thiết kế với dải thông 36 MHz; 54 MHz/ 72 MHz, trong đó dải
thông 36 MHz là chuẩn được dùng phổ biến cho dịch vụ truyền hình băng C (6/4
GHz). Hiện nay một số loại bộ phát đáp có xử lý tín hiệu đã được đưa vào sử dụng như
vậy có thể cải thiện chất lượng tín hiệu.
*Các anten thu phát Vệ tinh:
Kích thước và trọng lượng của các anten thu/phát của bộ phát đáp bị hạn chế và
thường có kích thước nhỏ nên độ tăng ích của anten Vệ tinh có giới hạn.
*Các thông số kỹ thuật của phần tải Vệ tinh viễn thông:
-Dải tần công tác.
-Số lượng bộ phát đáp.
-Độ rộng dải thông của mỗi bộ phát đáp.
-Phân cực sóng của tuyến lên và tuyến xuống.
-Công suất bức xạ đẳng hướng (EIRP: Equivalent Isotropic Radiated Power)
hoặc mật độ thông lượng công suất tạo ra tại biên của vùng phủ sóng phục vụ.
-Mật độ thông lượng công suất bão hòa tại anten thu của Vệ tinh (SPD: Saturated
Power Density).
-Hệ số phẩm chất (G/T) của máy thu Vệ tinh tại biên của vùng phủ sóng/ giá trị
cực đại.
-Vùng phủ sóng yêu cầu.
-Công suất đầu ra của bộ khuếch đại công suất phát.
-Cấu hình dự phòng cho máy thu và bộ khuếch đại công suất phát.
+Phần thân nền (platform): bao gồm các hệ thống phục vụ cho phần tải Vệ tinh
hoạt động (vỏ và khung Vệ tinh, nguồn cung cấp điện, hệ thống điều khiển nhiệt độ,
điều khiển hướng chuyển động và quỹ đạo, bám, đo đạc…).

b, Chức năng:
Vệ tinh đóng vai trò một trạm trung chuyển tín hiệu giữa các trạm mặt đất và
được xem như một điểm nút của mạng, nó có chức năng chính như sau:
+Khuếch đại các sóng mang thu được từ tuyến lên để sử dụng cho việc truyền lại
tuyến xuống. Công suất đầu vào của hệ thống Vệ tinh có yêu cầu từ 100 pW ÷ 1 nW,
còn công suất tại đầu ra của bộ khuếch đại công suất phát tuyến xuống có yêu cầu từ
6


10 W ÷ 100 W. Như vậy độ tăng ích của anten của bộ phát đáp Vệ tinh có yêu cầu từ
100 dB ÷ 130 dB. Năng lượng sóng mang trong băng tần được bức xạ đến các vùng
phủ sóng trên bề mặt trái đất.
+Thay đổi tần số sóng mang (giữa phát và thu ) nhằm tránh một phần công suất
phát tác động trở lại phía đầu vào của đầu thu. Khả năng lọc của các bộ lọc đầu vào
đối với tần số sóng mang tuyến xuống, có tính đến độ tăng ích thấp của anten, cần đảm
bảo sự cách biệt khoảng 150 dB.

1.2.2. Phân đoạn mặt đất
Phân đoạn mặt đất bao gồm tất cả các trạm mặt đất của hệ thống và chúng
thường được kết nối với các thiết bị của người sử dụng thông qua các mạng mặt đất
hoặc trong trường hợp sử dụng các trạm VSAT (Very Small Aperture Terminal: Thiết
bị đầu cuối có khẩu độ rất nhỏ), các hệ thống thông tin di động Vệ tinh S-PCN
(Satellite- Personal Communication Network: Mạng thông tin cá nhân Vệ tinh) thì Vệ
tinh có thể liên lạc trực tiếp với thiết bị đầu cuối của người sử dụng. Các trạm mặt đất
được phân loại tùy thuộc vào kích cỡ trạm và loại dịch vụ. Có thể có các trạm mặt đất
vừa thu vừa phát sóng nhưng cũng có loại trạm mặt đất chỉ làm nhiệm vụ thu sóng.
Nói chung một trạm mặt đất bao gồm: Thiết bị thông tin, thiết bị truyền dẫn mặt
đất, thiết bị cung cấp nguồn và nhà điều khiển. Thiết bị thông tin gồm có một anten,
một máy công suất cao, một máy thu tạp âm thấp cũng như thiết bị đa truy nhập/ điều
chế và giải điều chế.

7


Thiết bị anten
bám

Thiết bị
bám

Máy thu tạp âm thấp

LNA

Bộ đổi tần
xuống

Bộ khuếch
đại IF

Thiết bị đa truy
nhập điều chế
và giải điều chế
Bộ giải
điều chế

Bộ dao động
Hệ thống
fidơ

Thiết bị đa
truy nhập
Bộ dao động

HPA

Bộ đổi tần
lên

Bộ khuếch
đại IF

Bộ điều
chế

Máy phát công suất lớn
Hình 1.4: Cấu hình của một trạm mặt đất.
Một tín hiệu gửi đi từ một thiết bị truyền dẫn trên mặt đất ( gồm một bộ ghép
kênh v,v…) được điều chế thông qua thiết bị đa truy nhập, điều chế và giải điều chế;
tần số của tín hiệu đầu ra (ở một tần số trung tần) được biến đổi ra sóng phát ở bộ đổi
tần đường lên. Công suất của tín hiệu này được khuếch đại đến mức yêu cầu nhờ bộ
khuếch đại công suất cao, tín hiệu đầu ra của nó sẽ được bức xạ đến Vệ tinh.
Trong trường hợp thu, anten trạm mặt đất thu tín hiệu từ Vệ tinh, sau đó được
máy thu tạp âm thấp khuếch đại đưa đến bộ đổi tần đường xuống và được biến đổi ra
tần số trung tần. Sau đó được đưa đến thiết bị thông tin trên mặt đất thông qua thiết bị
đa truy nhập điều chế và giải điều chế.

1.3. MỘT SỐ HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH ĐIỂN HÌNH
1.3.1. Hệ thống thông tin Vệ tinh địa tĩnh
1.3.1.1. Đặc tính cơ bản của hệ thống thông tin Vệ tinh địa tĩnh

+Quỹ đạo địa tĩnh là một dạng quỹ đạo địa đồng bộ, có chu kỳ quỹ đạo là 23 giờ
56 phút 4,1 giây. Chu kỳ thời gian còn được gọi là ngày thiên văn và bằng thời gian
8


thực mà trái đất quay một vòng quanh trục của nó. Như vậy Vệ tinh địa tĩnh xem như
đứng yên tương đối so với mọi điểm trên trái đất. Quỹ đạo của vệ tinh địa tĩnh là tròn
và nằm trên mặt phẳng xích đạo.
+Ngoại trừ các vùng cực, với ba Vệ tinh địa tĩnh có thể phủ sóng toàn cầu. Quỹ
đạo của các Vệ tinh địa tĩnh đó có dạng hình tròn, nằm trên một mặt phẳng xích đạo và
có độ cao so với mặt đất khoảng 35. 786 km.
+Hệ thống thông tin Vệ tinh địa tĩnh có nhiều ưu việt trong việc cung cấp các
dịch vụ truyền tin quảng bá và cố định.
+Thời gian trễ truyền dẫn của một bước nhảy đơn là khoảng 250 đến 280 ms và
nếu tính cả quá trình xử lý và đệm thì có thể đến 300 ms. Điều đó đòi hỏi phải sử dụng
một số kiểu triệt hồi âm khi truyền tin thoại. Liên minh Viễn thông Quốc tế (ITU) quy
định độ trễ cực đại cho thông tin điện thoại là 400 ms cho một bước nhảy đơn đối với
thông tin Vệ tinh địa tĩnh. Đối với thông tin Vệ tinh di động khi cần liên lạc trực tiếp
giữa hai máy di động mà không sử dụng bước nhảy kép thì cần bộ xử lý riêng đặt ở
phía Vệ tinh cùng với các chức năng giám sát cuộc gọi hoặc có thể đặt ở phân đoạn
mặt đất.
+Việc phủ sóng liên tục theo vùng hoặc theo lục địa có thể được thực hiện với
một Vệ tinh đơn và trong nhiều trường hợp có thể sử dụng một Vệ tinh thứ 2 làm dự
trữ để đảm bảo liên lạc trong trường hợp Vệ tinh thứ nhất có sự cố. Hiện nay đã có
một số hệ thống thông tin Vệ tinh di động sử dụng chùm Vệ tinh địa tĩnh để phục vụ
cho các dịch vụ di động toàn cầu hoặc theo vùng lục địa.
Hệ thống Vệ tinh địa tĩnh bao gồm: hệ thống INM, hệ thống thông tin Vệ tinh
EUTELSAT, hệ thống thông tin Vệ tinh tế bào châu Á, THURAY.
Sau đây ta sẽ tìm hiểu cụ thể các hệ thống Vệ tinh trên:

1.3.1.2. Hệ thống thông tin Vệ tinh INM
a, Giới thiệu chung:
Hệ thống thông tin Vệ tinh địa tĩnh INM, được xây dựng năm 1979 với mục đích
ban đầu là phục vụ cho công tác Hàng hải quốc tế (quản lý các con tàu trên biển và
cứu nạn). Năm 1982, hệ thống được mở rộng sang các dịch vụ thương mại mà tiếp sau
đó là cá dịch vụ truyền thông khác.
b, Hệ thống INM có ba lĩnh vực phân chia phục vụ cho các Vệ tinh địa tĩnh sau
đây:

9


-Các Vệ tinh phủ sóng phục vụ các vùng Đông Đại Tây Dương (AOR-E) và Tây
Đại Tây Dương (AOR-W), Thái Bình Dương (POR) và Ấn Độ Dương (IOR).
-Hệ thống các trạm mặt đất (LES) cung cấp kết nối với các mạng mặt đất. Hiện
INM có 40 trạm chủ mặt đất phân chia theo vùng địa lý kết nối với các mạng mặt đất.
-Các trạm mặt đất di động phục vụ người sử dụng có khả năng liên lạc thông qua
Vệ tinh.
c, Các giai đoạn phát triển và các dịch vụ mà INM cung cấp:
*INM-A: Được đưa vào sử dụng năm 1982. Các thiết bị đầu cuối của hệ thống
này không còn được sản xuất nữa.
*INM-B: Được đưa vào dịch vụ năm 1993, cung cấp các dịch vụ: thoại, fax,
truyền dữ liệu. Các kênh được phân định bằng cách sử dụng một kênh BPSK TDM.
Hệ thống INM-B hoạt động trong băng tần (1626,5-1646,5)MHz cho chế độ phát và
băng tần (1525-1545)MHz cho chế độ thu. Tín hiệu thoại được tạo ra ở khoảng 16
Kbit/s khi sử dụng mã hóa dự đoán thích nghi APC (Adaptive Predictive Coding) và
sau đó sử dụng mã chập tốc độ ¾ để tăng tốc độ kênh lên đến 24 Kbit/s. Tín hiệu được
điều chế dạng offset-QPSK (QPSK bù). Dữ liệu được truyền ở tốc độ nằm trong
khoảng 2,4 đến 9,6 Kbit/s và fax được truyền ở tốc độ lên đến 9,6 Kbit/s sử dụng điều
chế bù offset-QPSK. Các dịch vụ dữ liệu tốc độ cao (HSD) của INM-B cung cấp

truyền tin số tốc độ 64 Kbit/s cho các người sử dụng trên mặt đất và trên biển cũng
như kết nối với mạng ISDN thông qua các trạm chủ mặt đất LES. Một thiết bị đầu cuối
cần có một kênh để thiết lập một cuộc gọi bằng cách truyền một tín hiệu điều chế
QPSK bù đắp 24 Kbit/s khi sử dụng giao thức ALOHA.
*INM-C: Cung cấp dịch vụ chủ yếu là truyền dữ liệu. Truyền dữ liệu tốc độ thấp
khoảng 600 bit/s, hệ thống sử dụng mã chập tốc độ 1/2 , chiều dài cố định là 7 để
truyền với tốc độ là 1200 bit/s. Tín hiệu phát sử dụng điều chế BPSK trong một dải tần
L, f = 2,5 KHz. Các thiết bị đầu cuối gọn, nhẹ sử dụng anten vô hướng. Kênh sử dụng
điều chế ALOHA BPSK ở khoảng 600 bit/s.
*INM-M được đưa vào dịch vụ thương mại từ tháng 12/ 1992. Cung cấp các dịch
vụ: điện thoại, fax, các dịch vụ dữ liệu. Hệ thống này cung cấp dịch vụ điện thoại 4,8
Kbit/s, sử dụng mã hóa kích thích đa băng tần được cải tiến (IMBE) và mã chập tốc độ
¾ để tăng tốc độ truyền dẫn lên đến 8 K bit/s. Ngoài ra máy fax 24 Kbit/s và các dịch
vụ dữ liệu (1,2-2,4)Kbit/s cũng được dự phòng. Kênh sử dụng các tín hiệu điều chế
BPSK ALOHA được chia khe khoảng 3 Kbit/s. Các kênh được phân định theo tín hiệu
điều chế TDM BPSK. Hệ thống INM-M hàng hải hoạt động trong dải tần phát là

10


(1626,5-1660,5)MHz và dải tần thu là (1525-1559)MHz, với một khoảng dự phòng
giữa các kênh là 10 KHz.
*Ngoài ra hệ thống INM còn có INM MINI-M, INM-D (nhớ và hiển thị các đoạn
tin nhắn lên tới 128 ký tự), INM-E (dịch vụ thông tin hàng hải toàn cầu), MINIMAERP (cung cấp dịch vụ thông tin hàng không) và mạng truy nhập toàn cầu GAN
(Global Access Network) để cung cấp dịch vụ ISDN di động và các dịch vụ di động IP
(Mobile Internet Protocol- MIP).

1.3.1.3. Hệ thống thông tin Vệ tinh EUTELSAT
EUTELSAT- (European Telecommunication Satellite Organisation-) là tổ chức
thông tin Vệ tinh châu Âu, bao gồm hai hệ thống thông tin Vệ tinh là EUTELRACS

(chuyên dụng) và EMSAT (thương mại).
*Hệ thống EUTELRACS:
Là một hệ thống thông tin quản lý hạm đội, được sử dụng để truyền tin, liên lạc
giữa các phương tiện tàu bè, xe cộ di động thông qua một Vệ tinh địa tĩnh. Đầu tiên hệ
thống là một mạng thông tin Vệ tinh di động thương mại sau đó phát triển thêm nhiệm
vụ truyền tin và theo dõi định vị các phương tiện vận chuyển di động. Hệ thống này
hoạt động trong băng tần Ku và tổ chức mạng theo kiểu cấu trúc tập trung quanh một
mạng chủ trung tâm được điều hành bởi tổ chức Vệ tinh viễn thông châu Âu.
Mạng này gồm có 5 phần: trạm chủ mặt đất trung tâm, phân đoạn không gian,
trung tâm quản lý mạng cung cấp dịch vụ (SNMC), thiết bị đầu cuối truyền thông cố
định và thiết bị đầu cuối di động.
+Trạm chủ mặt đất có chức năng điều khiển truy nhập Vệ tinh, quản lý mạng và
các khả năng tính cước dịch vụ. Những khách hàng gửi và nhận tin nhắn từ một thiết
bị đầu cuối gửi đi, được nối với trạm chủ mặt đất thông qua trung tâm quản lý mạng
cung cấp dịch vụ (SNMC: Service Provider Network Management center).
+Thiết bị đầu cuối cố định: là một máy tính PC có cài đặt phần mềm điều hành
hệ thống.
+Trung tâm quản lý SNMC: được nối trực tiếp với một trạm chủ mặt đất thông
qua đường thuê bao riêng hoặc qua mạng chuyển mạch số công cộng PSDN.
Hệ thống EUTELRACS là một dạng dịch vụ theo nhóm khép kín, hệ thống sử
dụng kỹ thuật ghép kênh phân chia thời gian (TDM) cho tuyến phía trước từ trạm chủ
mặt đất đến thiết bị đầu cuối MCT, tín hiệu được trải trên độ rộng dải tần 2 MHz để

11


tránh sự gây nhiễu đến các Vệ tinh khác trong vùng lân cận và làm mất tác dụng pha
đinh đa đường.
EUTELRACS sử dụng dạng tải Vê tinh có nhớ và chuyển tiếp để đảm bảo dữ
liệu thu được chính xác.

*Hệ thống EMSAT:
EUTELSAT có một hệ thống cung cấp dịch vụ dữ liệu và thoại di động với tên
thương mại là EMSAT. Các dịch vụ cụ thể là: thoại 4,8 Kbit/s, máy fax nhóm 3 ở tốc
độ 2,4 Kbit/s, truyền dữ liệu ở tốc độ 2,4 Kbit/s, nhắn tin 44 bit/ gói và xác định vị trí
bằng cách dùng một card tích hợp GPS, hệ thống làm việc ở băng L.

1.3.1.4. Hệ thống thông tin Vệ tinh tế bào châu Á, THURAYA
*Hệ thống Vệ tinh tế bào châu Á (ACeS) cung cấp các dịch vụ đến các khu vực
được giới hạn bởi Nhật Bản ở phía Đông, Pa-ki-xtan ở phía Tây, Bắc Trung Quốc ở
phía Bắc và In-đô-nê-xi-a ở phía Nam. Vùng này được phủ sóng bởi tổng cộng của
140 búp sóng trong băng tần L cộng với một búp vùng phủ sóng đơn ở trong băng tần
C. Châu Á là một vùng có yêu cầu về truyền thông Vệ tinh rất lớn và vùng này rất
thích hợp cho việc sử dụng các Vệ tinh địa tĩnh.
Mạng này bao gồm : một trung tâm điều khiển mạng NCC, trạm điều khiển Vệ
tinh (SCF), các thiết bị đầu cuối của người dùng và các cổng chính vùng. NCC và SCF
được đặt ở đảo Batam(In-đô-nê-xi-a) sử dụng anten có đường kính 15,5 m.
+Trung tâm NCC: có chức năng quản lý và điều khiển mạng, hoạt động trong
băng tần C.
+Các thuê bao ACeS được đăng ký với một cổng ra vào địa phương mình và có
thể chuyển vùng đến các cổng khác. Các cổng chính (các cổng ra vào khu vực) được
đặt ở In-đô-nê-xi-a, Phi-líp-pin, Đài Loan và Thái Lan.
+Các cổng chính: cung cấp việc tính cước và truy nhập đến mạng lõi mặt đất, nó
hoạt động trong băng tần C.
*Hệ thống thông tin Vệ tinh THURAYA:
Một hệ thống thông tin Vệ tinh khác phủ sóng đến các thị trường Trung Đông và
Trung Á là hệ thống THURAYA-1, nó bắt đầu hoạt động vào năm 2001 với một thời
gian hoạt động là 12 năm. Vệ tinh có thể hỗ trợ đến 13750 cuộc gọi đồng thời và xác
suất nghẽn cuộc gọi là 2 %. Vệ tinh THURAYA-2 đóng vai trò như là một Vệ tinh dự
phòng.

12


THURAYA được thiết kế tương thích với mạng GSM. Tuyến di động hoạt động
trong băng tần L/S. Các tuyến cung cấp làm việc ở băng tần C/S. Đa truy nhập sử dụng
kỹ thuật FDMA/TDMA và QPSK được sử dụng để điều chế các tín hiệu. Mạng hỗ trợ
các dịch vụ thoại, fax và dữ liệu ở các tốc độ 4; 4,8; 9,6 Kbit/s.

1.3.2. Các hệ thống thông tin Vệ tinh không địa tĩnh tầm thấp loại nhỏ
Hệ thống thông tin Vệ tinh tầm thấp loại nhỏ (little LEO satellite) là các hệ thống
chỉ cung cấp các dịch vụ nhắn tin, tốc độ dữ liệu di động bit thấp ví dụ như: thư điện
tử, giám sát từ xa và ghi đọc các thông số đo lường từ xa trên phạm vi toàn cầu dựa
vào việc sử dụng các Vệ tinh hoạt động ở quỹ đạo thấp so với trái đất là trong khoảng
700-2000 Km. Các dịch vụ đó hoạt động theo thời gian thực hoặc là theo dạng có nhớ
và phụ thuộc vào khả năng vùng phủ sóng của mạng.
Sau đây sẽ giới thiệu một số hệ thống Vệ tinh tầm thấp loại nhỏ điển hình:

1.3.2.1. ORBCOMM
ORBCOMM là một hệ thống Vệ tinh tầm thấp loại nhỏ (của Mỹ) được bắt đầu
khai thác dịch vụ vào ngày 30 tháng 11 năm 1998, hiện tại hoạt động với một chùm 36
Vệ tinh và dự kiến phát triển lên 48 Vệ tinh trong tương lai.
Hệ thống ORBCOMM cung cấp tốc độ truyền dữ liệu cho người dùng là 2,4
Kbit/s cho tuyến lên và 4,8 Kbit/s cho tuyến xuống và khả năng tăng lên đến 9,6
Kbit/s. Cả tuyến lên và xuống đều dùng kỹ thuật khóa dịch pha vi phân đối xứng
(SDPSK) và bộ lọc cosin nâng.
Ngoại trừ các Vệ tinh, mạng ORBCOMM còn bao gồm: Thiết bị truyền thông
thuê bao (SC); một NCC và các cổng ra vào, NCC được đặt ở Mỹ.

1.3.2.2. E-SAT
E-SAT là một hệ thống Vệ tinh tầm thấp loại nhỏ gồm 6 Vệ tinh đặt trên các quỹ

đạo cực ở độ cao 800 Km.
Các thiết bị đầu cuối E-SAT hoạt động ở dải tần 148-148,55 MHz cho tuyến lên,
phương thức đa truy nhập trải phổ dãy trực tiếp, tốc độ dữ liệu 800 bit/s. Kỹ thuật
BPSK được dùng để điều chế mã trải phổ với các ký tự và kỹ thuật MSK được sử
dụng để điều chế sóng mang. Mỗi Vệ tinh E-SAT có thể hỗ trợ đến 15 thiết bị đầu cuối
cùng một lúc.
Mạng cung cấp các dịch vụ đo xa, giám sát và định vị.

1.3.2.3. LEO ONE
13


Hệ thống LEO ONE sử dụng một chùm 48 Vệ tinh. LEO ONE được thiết kế để
hoạt động ở chế độ có nhớ, tốc độ dữ liệu khoảng 24 Kbit/s, dải tần tuyến lên là 137138 MHz và tốc độ 2,4-9,6 Kbit/s, ở dải tần tuyến xuống là 149,5-150,5 MHz và dải
tần 400 MHz.
Mỗi Vệ tinh sẽ có khả năng giải điều chế và giải mã tất cả các gói tín hiệu thu
được và nhớ, sau đó sẽ phát lại hoặc truyền trực tiếp đến trạm mặt đất cổng chính. Mỗi
Vệ tinh có 4 thiết bị phát sóng và 15 thiết bị thu sóng.

1.3.3. Các hệ thống thông tin Vệ tinh không địa tĩnh đến cá nhân thuê
bao
Năm 1990 cũng đã đánh dấu bước chuyển tiếp quan trọng trong cuộc cách mạng
truyền thông Vệ tinh di động, cùng với một số đề xuất cho các hệ thống Vệ tinh không
địa tĩnh. Cũng vào thời gian đó, một hệ thống thông tin Vệ tinh không địa tĩnh đến cá
nhân thuê bao nhằm mục đích cung cấp các dịch vụ thoại cũng có những thử nghiệm
và các mạng truyền tin thông qua các Vệ tinh đến cá nhân thuê bao đó được ký hiệu là
S-PCN (Satellite Personal Communication Network).
Mục đích của các mạng S-PCN là cung cấp các dịch vụ thoại và các dịch vụ tốc
độ dữ liệu thấp, tương tự như các mạng tế bào mặt đất, sử dụng các điện thoại cầm tay
để liên lạc thông qua các Vệ tinh ở các quỹ đạo tầm thấp (LEO) hoặc quỹ đạo tầm

trung (MEO). Các Vệ tinh quỹ đạo tầm trung MEO được đặt ở độ cao từ 10.00020.000 Km so với mặt đất với thời gian có chu kỳ quỹ đạo là 6 giờ. Các Vệ tinh trong
quỹ đạo thấp được gọi là (big LEO) và có chu kỳ quỹ đạo là 90 phút. Những Vệ tinh
này được triển khai ở độ cao 750-2000 Km.
Các Vệ tinh ở quỹ đạo tầm thấp LEO thường có thời gian sống khoảng 5-7 năm,
các Vệ tinh trên quỹ đạo tầm trung MEO có thời gian sống khoảng 10-12 năm.
Các mạng S-PCN hoạt động trong băng tần L và băng tần S. Những S-PCN cung
cấp vùng phủ sóng dịch vụ toàn cầu bằng cách sử dụng các chùm đa Vệ tinh. Hiện nay
đã có một số mạng S-PCN đã có thể cung cấp các dịch vụ thông tin di động đến các
máy di động cầm tay phạm vi toàn cầu và vừa có thể sử dụng di động Vệ tinh vừa sử
dụng di động mặt đất.
Sau đây sẽ giới thiệu một số mạng điển hình:

1.3.3.1. IRIDIUM
Hãng Motorola (Mỹ) đã phát triển hệ thống IRIDIUM vào năm 1990. Tháng 11
năm 1998 IRIDIUM trở thành S-PCN đầu tiên bước vào lĩnh vực dịch vụ. Hiện đã có
88 Vệ tinh được phóng thành công trên quỹ đạo tầm thấp.
14


Khởi đầu hệ S-PCN của IRIDIUM sử dụng 77 Vệ tinh. Quỹ đạo Vệ tinh có độ
cao so với mặt đất là 780 Km. Mỗi Vệ tinh có trọng lượng 689 kg và có thời gian sống
khoảng từ 5-8 năm.
Hệ thống IRIDIUM cung cấp các dịch vụ thoại song công, fax và dữ liệu tốc độ
thấp 2,4 Kbit/s. Tốc độ dữ liệu có thể đến 10 Kbit/s. Các tín hiệu được điều chế QPSK
và sử dụng đa truy nhập FDMA/TDMA.
IRIDIUM do không tìm được khách hàng cho mạng của mình cho nên đã ngừng
các dịch vụ vào tháng 3 năm 2000. Tuy vậy các chùm Vệ tinh vẫn hoạt động trên quỹ
đạo, các dịch vụ vẫn được cung cấp cho các khách hàng công nghiệp, hàng không,
hàng hải và dầu khí hướng thì trường Mỹ.

1.3.3.2. GLOBALSTAR
Cùng thời kỳ với IRIDIUM, một hệ thống thông tin Vệ tinh quỹ đạo tầm thấp
khác do Qualcomm và Loran khởi xướng có tên là hệ thống GLOBALSTAR. Cũng
giống như IRIDIUM, các Vệ tinh của GLOBALSTAR là trong suốt. Tuyến truyền tin
giữa người sử dụng di động và mạng cố định chỉ có thể được thiết lập khi mà cả thiết
bị đầu cuối và cổng chính cùng nhìn thấy Vệ tinh. Bởi vì các Vệ tinh quỹ đạo tầm thấp
chỉ cung cấp một vùng phủ sóng nhỏ cho nên hệ thống phải sử dụng nhiều cổng chính
để đảm bảo dịch vụ toàn cầu.
Các tuyến từ di động đến Vệ tinh làm việc ở băng tần S. Độ rộng băng tần được
chia làm 13 kênh FDM, mỗi kênh có độ rộng là 1,23 MHz. Việc truyền dữ liệu được
hỗ trợ thông qua kênh thoại ở tốc độ cơ sở là 2,4 Kbit/s. Tín hiệu được điều chế QPSK
và đa truy nhập sử dụng kỹ thuật CDMA.

1.3.4. Một số hệ thống khác
Ngoài một số hệ thống S-PCN sử dụng các Vệ tinh ở quỹ đạo tầm trung MEO và
tầm thấp LEO như đã nêu, cũng trong khoảng thời gian này, có một số hệ thống SPCN khác được xây dựng cùng với các Vệ tinh được phóng lên các quỹ đạo tầm thấp.
Các hệ thống S-PCN đó, ví dụ như: NEW ICO, CONSTELLATION, ELLIPSO…

Đặc tính

IRIDIUM GLOBALSTA
R

15

NEW ICO

CONSTELLATIO
N

ELLIPSO


Độ cao quỹ
đạo ( km )

780

1414

10.390

2000

7650/8050

Loại quỹ đạo

LEO

MEO

LEO

Lai ghép

LEO/HEO

Trọng lượng
phóng ( kg )

689

450

2750

500

650

Số lượng vệ
tinh

66

48

10

11

10/7

Số
vệ
tinh/quỹ đạo

11

6

5

11

5/7

ISL

Có

Không

Không

Không

Không

OBP

Có

Không

Không

Không

Không

Số búp sóng
vết

48

16

24

61

Bảng 1.1 : Số vệ tinh sử dụng và đặc tính quỹ đạo

Đặc tính

IRIDIUM

GLOBALSTAR NEW
ICO

Năm phóng

1998;2000 2000

2004

CONSTELLATION ELLIPSO
2001

2000

2001
Tốc
truyền
liệu

Dịch vụ

Phủ sóng

độ 2.4 kbit/s
dữ

0.6-9.6
(thoại)

Thoại

Thoại

Thoại

Thoại

Thoại

Fax

Fax

Fax

Fax

Fax

Dữ liệu

Dữ liệu

Dữ liệu

Dữ liệu

Dữ liệu

SMS

SMS

Toàn cầu

kbit/s 4
kbit/s 4 kbit/s (thoại)
(thoại)
2.4;4.8 và 9.6 kbit/s
2.4 kbit/s (dữ 2.4;4.8 và (dữ liệu
liệu)

9.6 kbit/s
(dữ liệu)

Toàn cầu giới Toàn cầu
16

e-mail
Toàn cầu

Toàn

cầu


hạn vĩ
±700

tuyến

trên
Nam

500

Bảng 1.2: Các đặc tính dịch vụ

Đặc
tính

IRIDIUM

GLOBALSTA
R

NEW ICO

CONSTELLATIO
N

ELLIPS
O

Tần số 1616-1626.5
tuyến
lên di
động
(MHz)

1610-1625.5

1985-2015

2483-2500

16101625.5

Tần số 1616-1626.5
tuyến
xuống
di

động
(MHz)

2483-2500

2170-2200

1610-1625.5

2483.52500

Đa
truy
nhập

CDMA

FDMA/TDMA

CDMA

WCDMA

QPSK

GMSK(tuyến lên)

QPSK

BPSK/QPSK(tuyế

n xuống)

O-QPSK

FDMS/TDM
A

Điều
QPSK
chế tín
hiệu

Bảng 1.3: Bảng các đặc tính giao diện vô tuyến
Nhận xét:
+Từ bảng 1.1: Biểu diễn số Vệ tinh sử dụng và đặc tính quỹ đạo của các hệ thống Vệ
tinh, ta thấy rằng: Tất cả các hệ thống Vệ tinh trên đều là các hệ thống mạng thông tin
các nhân Vệ tinh. Hầu hết các hệ thống này đều hoạt động ở loại quỹ đạo LEO. Hệ
thống vệ tinh NEW ICO có độ cao quỹ đạo và mỗi Vệ tinh có trọng lượng lớn nhất,
cũng như số Vệ tinh ít nhất so với các hệ thống còn lại. Vì có trọng lượng lớn nên các
Vệ tinh thuộc hệ thống này được phóng lên với số lượng hạn chế.
17


+Bảng 1.2: Biểu diễn các đặc tính dịch vụ của các hệ thống Vệ tinh. Có thể thấy rằng:
Hệ thống IRIDIUM đã được phát triển từ rất lâu, vì là hệ thống cũ nên nó bị giới hạn
về tốc độ, tốc độ cao nhất mà nó có thể đáp ứng được để truyền dữ liệu chỉ là 2,4
kbit/s, với số lượng dịch vụ khiêm tốn. Bên cạnh đó, các hệ thống mới được phát triển
đã được cải thiện về mặt dịch vụ và tốc độ truyền dữ liệu nhanh hơn hẳn.
+Bảng 1.3: Biểu diễn các đặc tính giao diện vô tuyến của các hệ thống.

Chương II
ĐẶC ĐIỂM TRUYỀN SÓNG TRONG THÔNG TIN VỆ
TINH
2.1. CÁC LOẠI QUỸ ĐẠO VỆ TINH
Quỹ đạo Vệ tinh là hành trình của Vệ tinh trong không gian mà trong đó Vệ tinh
được cân bằng bởi hai lực đối nhau. Hai lực đó là lực hấp dẫn của trái đất và lực ly tâm
18


được hình thành do độ cong của hành trình Vệ tinh. Quỹ đạo của Vệ tinh nằm trên một
mặt phẳng có dạng hình tròn hoặc elip. Nếu quỹ đạo là tròn thì tâm của quỹ đạo trùng
với tâm của trái đất. Nếu quỹ đạo là elip thì có một đầu elip nằm xa trái đất nhất và
đầu kia nằm gần trái đất nhất. Điểm xa nhất trên quỹ đạo so với trái đất được gọi là
viễn điểm và điểm gần nhất được gọi là cận điểm.

Hình 2.1: Mô tả các lực tác động lên chuyển động của Vệ tinh trên quỹ đạo.
Các Vệ tinh được sử dụng trong viễn thông được phân thành bốn dạng quỹ đạo
theo độ cao của quỹ đạo Vệ tinh so với mặt đất như sau:
+Quỹ đạo địa tĩnh, GEO (Geostationary Orbit)(được sử dụng phổ biến nhất).
+Quỹ đạo elip tầm cao, HEO (Highly Eliptical Orbit): Là các quỹ đạo dạng elip
và có chiều cao so với mặt đất xấp xỉ và lớn hơn quỹ đạo địa tĩnh. Trong một số tài
liệu kỹ thuật, quỹ đạo địa tĩnh cũng được xếp vào loại quỹ đạo tròn tầm cao.
+Quỹ đạo mặt đất tầm trung, MEO (Medium Earth Orbit): Là các quỹ đạo có
chiều cao so với mặt đất nằm giữa quỹ đạo tầm cao (HEO) và quỹ đạo tầm thấp
(LEO).
+Quỹ đạo mặt đất tầm thấp, LEO (Low Earth Orbi): Là các quỹ đạo có chiều cao
so với mặt đất khoảng (700÷2000 ) km.
Các Vệ tinh truyền thông thường sử dụng quỹ đạo elip có góc nghiêng (so với
mặt phẳng xích đạo) lớn hoặc quỹ đạo tròn trên mặt phẳng xích đạo (Vệ tinh địa tĩnh).
Chu kỳ của các quỹ đạo thông thường là có quan hệ (bằng hoặc bội số) với chu kỳ

quay của trái đất xung quanh trục của nó.
19


Các thông số của quỹ đạo Vệ tinh:

Hình 2.2: Các thông số quỹ đạo vệ tinh trong hệ tọa độ xích đạo tâm địa cầu
Sau đây ta sẽ tìm hiểu về hai dạng quỹ đạo Vệ tinh:

2.1.1. Quỹ đạo địa tĩnh (GEO)
Là một dạng đặc biệt của quỹ đạo địa đồng bộ, có chu kỳ quỹ đạo là 23 giờ 56
phút 4,1 giây. Chu kỳ thời gian đó còn gọi là ngày thiên văn và chính bằng thời gian
mà trái đất quay một vòng quanh trục của nó và cùng chiều quay với trái đất. Như vậy,
Vệ tinh địa tĩnh xem như đứng yên tương đối so với mọi điểm trên trái đất. Do đó, một
người quan sát đứng trên trái đất thì Vệ tinh được xem như là đứng yên trên bầu trời,
không chuyển động. Dạng của quỹ đạo địa tĩnh là tròn, nằm trên mặt phẳng xích đạo
và có độ cao so với mặt đất là khoảng 36.000 km. Vì quỹ đạo Vệ tinh địa tĩnh chỉ là
một đường tròn 3600 duy nhất xung quanh trái đất, nên nó là một nguồn tài nguyên có
hạn.
Bán trục lớn của quỹ đạo (tính trên xích đạo)

42.164,2 km

Tốc độ của vệ tinh

3.075 m/s

Độ cao của vệ tinh

35.786,1 km

Bán kính Trái đất ở xích đạo

6.378,1 km

Bảng 2.1 : Các thông số Kepler của vệ tinh địa tĩnh
20


2.1.2. Quỹ đạo elip
a, Đặc điểm của quỹ đạo elip:
Đối với các quỹ đạo elip thì tốc độ của Vệ tinh không phải là hằng số. Tốc độ đó
có giá trị cực đại ở cận điểm và có giá trị cực tiểu ở viễn điểm. Do đó Vệ tinh ở vùng
viễn điểm có thời gian phủ sóng lớn hơn so với vùng cận điểm và hiệu ứng đó sẽ gia
tăng nếu như độ lệch tâm gia tăng. Vệ tinh ở vùng viễn điểm cũng nhìn thấy các trạm
mặt đất trong một phần lớn chu kỳ của quỹ đạo và điểm đó cho phép thiết lập tuyến
liên lạc trong một khoảng thời gian lớn.
Với nột quỹ đạo có góc nghiêng khác 0 thì Vệ tinh đi qua những vùng về hai phía
xích đạo và có khả năng phủ sóng các vùng cực nếu góc nghiêng của quỹ đạo gần 90 0.
b, Một số quỹ đạo Vệ tinh dạng elip tiêu biểu:
+Quỹ đạo Vệ tinh MOLYA: Là Vệ tinh truyền thông của Liên Xô (cũ) và nằm ở
các vĩ tuyến cao của Bắc bán cầu, có quỹ đạo được thể hiện như sau:

Hình 2.3 : Quỹ đạo elip của vệ tinh MOLNYA và các viễn điểm
cận điểm của quỹ đạo
*Nhận xét: Các phần của hành trình Vệ tinh di chuyển về hướng Đông (so với
mặt phẳng trái đất) có tốc độ góc của Vệ tinh chiếu trên mặt phẳng xích đạo là lớn hơn
tốc độ của trái đất. Sau khi giao nhau với mặt phẳng xích đạo, tốc độ của Vệ tinh lại
21

giảm, nó có giá trị bằng tốc độ trái đất tại điểm tiếp tuyến đứng và tiếp tục giảm nhỏ
hơn tốc độ của trái đất khi di chuyển về hướng Tây. Việc giảm tốc độ Vệ tinh cho đến
viễn điểm và sau đó lại tăng lên. Viễn điểm nằm giữa các điểm với tiếp tuyến đứng.
Vệ tinh có khoảng thời gian nhìn thấy Vệ tinh là hơn 8 giờ với một góc ngẩng
khá rộng lúc Vệ tinh ở viễn điểm của quỹ đạo.
Chu kỳ ( τ )

12h

Nửa ngày thiên văn

11h58’2’’

Bán trục lớn quỹ đạo

26.556 km

Độ cao cận điểm

1.250 km

Độ cao viễn điểm

39.105 km
Bảng 2.2 : Một số đặc tính quỹ đạo vệ tinh MOLNYA

+Quỹ đạo Vệ tinh TUNDRA: Vệ tinh này có chu kỳ quỹ đạo là 24 giờ. Thời gian
nhìn thấy Vệ tinh có thể lớn hơn 12 giờ với góc ngẩng lớn, như vậy chỉ cần hai Vệ tinh
cách nhau 1800 là đủ.

Chu kù quỹ đạo

24h

( bằng ngày thiên văn

23h56m4s )

Bán kính trục lớn

42.164 km

Độ cao của cận điểm

25.231 km

Độn cao của viễn điểm

46.340 km

Bảng 2.3: Một số thông số của quỹ đạo vệ tinh TULDRA
c, Ưu- nhược điểm của các quỹ đạo Vệ tinh dạng elip và có góc nghiêng lớn:
*Ưu điểm:
Ứng dụng chủ yếu của các quỹ đạo Vệ tinh dạng elip, có góc nghiêng lớn là để
đảm bảo những vùng phủ sóng ở các vĩ tuyến cao với một góc ngẩng lớn và sự chuyển
động biểu kiến của Vệ tinh so với trái đất là rất nhỏ. Góc ngẩng lớn không những có
lợi đối với thông tin cố định trong thu phát sóng mà đối với thông tin di động nó còn
giảm thiểu hiệu ứng che khuất (nhà cửa, cây, núi…) cũng như hiệu ứng đa đường so
với góc ngẩng bé.
22

Việc bám Vệ tinh cũng sẽ dễ dàng hơn với chuyển động biểu kiến của Vệ tinh bé
và thời gian nhìn thấy Vệ tinh dài hơn.
Hệ thống có thể sử dụng anten có độ rộng búp sóng (3 dB) vài chục độ định vị
theo hướng đỉnh đầu và như vậy giá thành thiết bị sẽ giảm mà vẫn đạt được độ lợi yêu
cầu. Với góc ngẩng lớn, tạp âm do anten trạm mặt đất thu được từ mặt đất hoặc do
nhiều hệ thống mặt đất khác cũng được giảm thiểu. Điều này có thể áp dụng với tất cả
dạng tổn hao truyền tín hiệu và hiệu ứng tạp âm tạo nên (khí quyển, các chất khí,
mưa…) mà nó có liên quan đến độ dài của hành trình Vệ tinh trong tầng khí quyển.
*Nhược điểm:
Muốn cung cấp một dịch vụ liên tục trên một vùng địa lý được cho thì cần phải
có nhiều hơn một Vệ tinh; điều đó làm gia tăng giá thành của phân đoạn không gian.
Mặt khác, cần phải có sự chuyển mạch lưu lượng từ Vệ tinh này sang Vệ tinh khác.
Các thủ tục đó tạo nên một tải điều hành ở trung tâm điều khiển và làm giảm dung
lượng trong thời gian chuyển mạch; điều đó phải có hai anten tại trạm mặt đất cùng lúc
hướng về hai Vệ tinh để cho việc chuyển lưu lượng không bị ngắt quãng.

2.2. CÁC TỔN HAO SÓNG TRUYỀN TRONG KHÔNG GIAN TỰ
DO
Trong thông tin Vệ tinh sóng vô tuyến điện đi qua khoảng không vũ trụ. Trong
một môi trường như vậy, có rất ít các chất có thể suy hao sóng hoặc làm lệch hướng
truyền lan của nó. Sự suy hao sóng gây ra chỉ do sự khuếch tán tự nhiên của nó. Môi
trường như vậy được gọi là không gian tự do.
Nói chung trên đường thông tin vô tuyến điện cả anten phát và anten thu đều có
một trị số nào đó, nên tỷ số thực của công suất phát trên công suất thu nhỏ hơn tiêu
hao không gian tự do, một lượng bằng hệ số tăng ích.
Trong thông tin Vệ tinh, vì hầu hết sự truyền lan sóng đi trong không gian là
chân không, tiêu hao truyền sóng có thể coi như bằng tiêu hao không gian tự do. Tuy
nhiên khoảng cách truyền sóng rất dài (36.000 km) nên gây ra tiêu hao rất lớn.

Vì các đường thông tin Vệ tinh chịu một tiêu hao rất lớn như trên ở trên nên cần
sử dụng các máy phát công suất lớn và máy thu độ nhạy cao cũng như anten thu, phát
có hệ số tăng ích lớn.
Công suất tín hiệu thu được và tổn hao sóng truyền trong không tin tự do:
Giả sử: Một anten thu đặt cách xa anten phát một khoảng R, sẽ thu được một
cống suất PR là:
23


PR = ø.AReff (W)
Trong đó:
+ø: -Là mật độ thông lướng (lưu thông) công suất phát và:
ø=

PT GT
4π R 2

+AReff:- Là diện tích hiệu dụng của anten thu và:
AReff =

GR λ 2
4π

Nên, công suất thu được là:
PR = ø. AReff = PT.GT.GR.(
Đặt: LLS = (

λ 2
)
4π R

(1)

4π R 2
) : Được gọi là tổn hao truyền sóng trong không gian tự do và
λ

nó đặc trưng cho tỷ số công suất thu và công suất phát trong một tuyến liên lạc giữa
hai anten vô hướng.
Vì vậy:
PR = PT.GT.GR

1
LLS

Từ biểu thức (1) ta suy ra:
Vì: λ =

2π
f

nên LFS = ( 2π R )2

(2)

Nhận xét:
+Từ biểu thức (1):
Tổn hao trong không gian tự do về mặt cống suất, trong lý thuyết về truyền sóng
còn gọi là định luật về tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách. Bởi khoảng cách
giữa trạm mặt đất và Vệ tinh là khá lớn nên tổn hao không gian tự do trong các hệ

thống thông tin Vệ tinh cũng khá lớn.
+Từ biểu thức (2):
Tổn hao càng lớn khi tần số càng cao. Tổn hao càng lớn thì công suất thu được ở
trạm mặt đất càng nhỏ.
24


2.3. ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC TẤNG KHÍ QUYỂN ĐẾN KÊNH
TRUYỀN TRONG THÔNG TIN VỆ TINH
Tầng khí quyển là môi trường truyền sóng có ảnh hưởng trực tiếp đến sóng
truyền trong hệ thống thông tin Vệ tinh. Trong tầng khí quyển thì các tác động rõ nét
nhất đến kênh truyền là các ảnh hưởng của tầng đối lưu và của tầng điện li.

2.3.1. Ảnh hưởng của tầng đối lưu
a, Đặc điểm của tầng đối lưu:
Lớp không khí trên mặt đất ở dưới cùng của tầng khí quyển được gọi là tầng đối
lưu. Tính từ mặt đất lên, tầng đối lưu có độ cao (8 ÷ 10) km ở các vĩ tuyến gần Bắc và
Nam cực; (10 ÷ 12) km ở các vĩ tuyến trung bình và (16 ÷ 18) km ở các vĩ tuyến gần
xích đạo.
Các thành phần khí trong tầng đối lưu chủ yếu là oxy không biến đổi theo chiều
cao, nó cũng giống như trên mặt đất ngoại trừ chỉ có hơi nước là phụ thuộc nhiều vào
các điều kiện khí tượng thủy văn và giảm mạnh theo chiều cao.
Tính chất quan trọng của tầng đối lưu là sự giảm nhiệt độ theo chiều cao.
Gradient trung bình của nhiệt độ theo chiều cao của tầng đối lưu là 6 0/ km (ở nửa phần
dưới của tầng đối lưu là 50/ km và ở nửa phần trên của tầng đối lưu là 7 0/ km). Giới
hạn trên của tầng đối lưu được xác định khi không còn sự giảm nhiệt độ theo chiều
cao.
Tầng đối lưu, đứng về góc độ xem xét truyền sóng thì có thể xem chúng như một
hỗn hợp gồm hai chất khí: không khí khô (ôxy) và hơi nước. Sóng vô tuyến truyền
trong đó bị tổn hao và hấp thụ. Có thể có nhiều nguyên nhân dẫn đến hấp thụ đối với

các dải tần khác nhau của sóng. Căn cứ vào các nguyên nhân gây hấp thụ, có hai dạng
hấp thụ; đó là hấp thụ do các hạt nước và hấp thụ phân tử.
b, Ảnh hưởng của tầng đối lưu có các dạng sau:
*Hấp thụ do các hạt nước:
+Ảnh hưởng:
Dưới góc độ vật lý có thể giải thích sự hấp thụ sóng trong các hạt nước nhỏ đó
như sau:
-Do tác động trường của sóng truyền lan, trong các hạt nước có tính bán dẫn điện
sẽ có dòng điện dịch. Mật độ các dòng điện dịch đó có một giá trị tương đối nào đó,
bởi vì biết rằng hệ số điện môi của nước có giá trị lớn hơn khoảng 80 lần hệ số điện
25