Dự án vệ tinh viễn thông VINASAT

BỘ GIÁO DỤC VÀO ĐÀO TẠO
TRƯỜN ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

THÔNG TIN VỆ TINH
DỰ ÁN VỆ TINH VIỄN THÔNG VINASAT

Họ và tên: Cao Văn Đức
Email:
Mobile: 0979751833
HÀ NỘI
Tháng 07 năm 2016


MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU ....................................................................................................... 2
Chương 1 ............................................................................................................... 4
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH .................................... 4
1.1 Sơ lược quá trình phát triển ........................................................................ 4
1.2 Các phần tử cơ bản trong thông tin vệ tinh ................................................. 4
1.2.1 Vệ tinh và Trạm mặt đất ........................................................................ 4
1.2.2 Các quỹ đạo vệ tinh trong các hệ thống thông tin vệ tinh .................... 7
1.2.3 Các định luật cơ bản ............................................................................. 8
1.2.4 Các thuật ngữ cho quỹ đạo vệ tinh ...................................................... 10
1.3 Sơ lược về cấu tạo vệ tinh.......................................................................... 18
1.3.1 Hệ thống anten .................................................................................... 18
1.3.2 Hệ thống thông tin viễn thông ............................................................. 19
1.3.3 Hệ thống cung cấp năng lượng ........................................................... 20
1.3.4 Hệ thống tự động điều chỉnh vị trí và ổn định phương vị ................... 20
1.4 Các tổn hao trên đường truyền .................................................................. 21
1.4.1 Suy hao đường truyền.......................................................................... 21

1.4.2 Tổn hao do mất đồng chỉnh anten ....................................................... 21
1.4.3 Suy hao do mưa ................................................................................... 22
1.4.4 Các yếu tố gây nhiễu ........................................................................... 23
1.5. Phân bố tần số cho các hệ thống thông tin vệ tinh ................................... 24
Chương 2 ............................................................................................................. 26
TỔNG QUAN DỰ ÁN VỆ TINH VIỄN THÔNG VINASAT .......................... 26
2.1 Trạm điều khiển mặt đất VINASAT-1 ...................................................... 27
2.1.1 Trạm điều khiển Quế Dương ............................................................... 27
2.1.2 Trạm điều khiển Bình Dương .............................................................. 27
2.2 Vệ tinh VINASAT-1................................................................................. 29
2.2.1 Các thông số chính của vệ tinh VINASAT-1 ....................................... 29
2.2.2 Các thông số kỹ thuật chính của vệ tinh VINASAT-1 ........................... 3
2.2.3 Các giới hạn khai thác của vệ tinh VINASAT-1.................................... 4
2.2.4 Các sơ đồ phân kênh của vệ tinh VINASAT-1....................................... 6
2.2.5 Vùng phủ sóng vệ tinh VINASAT-1 ....................................................... 9
2.3 Các loại hình dịch vụ ................................................................................. 13
2.4. Quá trình khai thác VINASAT-1 hiện nay ............................................... 23
2.5. Tương lai VINASAT ................................................................................ 26
2.6. Kết luận ..................................................................................................... 27

Page | 1


LỜI MỞ ĐẦU
Tính cần thiết của đề tài nghiên cứu
Thông tin vệ tinh đã trở thành phương tiện thông tin rất đặc biệt và dần
trở nên phổ biến, đi bất cứ đâu chúng ta cũng bắt gặp những chảo anten
truyền hình cho đến các hệ thống thông tin toàn cầu. Vì một vệ tinh có thể
phủ sóng trên một vùng rộng lớn, nên bộ phát đáp trên vệ tinh có thể cho phép
nối mạng nhiều trạm mặt đất từ các vị trí địa lý các xa nhau trên trái đất. Vệ

tinh đảm bảo đường truyền thông tin liên tục cho các vùng dân cư xa xôi, hẻo
lánh khi mà các phương tiện thông tin khác khó đạt đến được.
Bởi thế em thấy việc tìm hiểu về thông tin vệ tinh cũng như VINASAT- 1 là
vệ tinh đầu tiên của Việt Nam rất hay và có ý nghĩa thực tiễn.
Mục đích nghiên cứu của khoá luận
Bài báo này tập trung tìm hiểu những kiến thức cơ bản nhất về thông tin vệ
tinh, những tiêu chí kĩ thuật cơ bản của VINASAT-1. Từ đó hiểu được cách
thức hoạt động của vệ tinh nói chung và VNASAT -1 nói riêng, thấy ưu việt
trong việc truyền tải thông tin, tăng chất lượng dịch vụ hơn so với các công
nghệ truyền tải thông tin trước đó. Để có những kế hoạch phù hợp trong việc
đưa vệ tinh vào thực tiễn đời sống.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của bài báo cáo là các vấn đề liên quan tới hệ
thống thông tin vệ tinh và VINASAT-1. Phạm vi nghiên cứu là trong lĩnh vực
cơ bản trong thông tin vệ tinh và một số ứng dụng tương tác khác trong
VINASAT.
Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu dựa trên phân tích lý thuyết hệ thống kết hợp
với thực tế ứng dụng VINASAT-1 đã được triển khai.
Nội dung cáo
Bố cục báo cáo bao gồm:
Mở đầu
Chương 1: Tổng quan về hệ thống thông tin vệ tinh
Chương 2: Vệ tinh VINASAT-1
Page | 2


Kết luận.
Cuối cùng chún em xin gửi lời cảm ơn tớ cô LÊ THỊ NGỌC HÀ đã có
những ý kiến chỉ bảo, đóng góp quý báu trong suốt thời gian chúng em viết

báo cáo này.
Mặc dù đã thực sự cố gắng, xong do thời gian cùng với vốn kiến thức
hạn hẹp, và đề tài khá mới vì vậy nguồn tài liệu còn khá ít. Chắc chắn thể
tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong cô và các bạn đóng góp thêm.
Xin chân thành cảm ơn !

Page | 3


Chương 1
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH
1.1 Sơ lược quá trình phát triển
Năm 1957: Sputnik I, vệ tinh nhân tạo đầu tiên của loài người được
phóng thành công.
Năm 1960: Thử nghiệm vệ tinh thụ động Echo I, là một quả bóng phủ
kim loại, hoạt động ở độ cao 1600 Km, dùng để phản xạ sóng vô tuyến.
Năm 1962: Tesla I, vệ tinh chuyển tiếp (có bộ phát đáp) hoạt động trên
quỹ đạo elip với độ cao 950÷5650Km, truyền thành công tín hiệu truyền hình
giữa Châu Âu và Hoa kỳ.
Năm 1965: Early Bird (Intelsat I), vệ tinh viễn thông thương mại hoạt
động trên quỹ đạo địa tĩnh, được đưa vào hoạt động. Early Bird nặng 38Kg,
có khả năng chuyển tiếp 240 kênh thoại.
Và từ đó đến nay, số lượng vệ tinh viễn thông không ngừng tăng nhanh
và hiện nay, mạng viễn thông trên Thế giới rất khó có thể đảm bảo được
nhiệm vụ của mình nếu không có thông tin vệ tinh.
Thông tin vệ tinh đặc biệt có ưu thế trong các trường hợp:
- Cự ly liên lạc lớn.
- Liên lạc điểm đến đa điểm trên phạm vi rộng cũng như phạm vi
lớn hơn trên toàn cầu.
- Liên lạc đến các trạm di động trên phạm vi rộng (tàu viễn dương,

máy bay, các đoàn thám hiểm…).
1.2 Các phần tử cơ bản trong thông tin vệ tinh
1.2.1 Vệ tinh và Trạm mặt đất
Vệ tinh viễn thông: là các trạm liên lạc bay trên quỹ đạo quanh Trái
Đất, có khả năng thu tín hiệu vô tuyến, làm các công việc xử lý tín hiệu cần
thiết rồi phát lại. Trong suốt quá trình hoạt động, vệ tinh không cần đến năng
lượng để bay, chỉ có một lượng năng lượng nhỏ để hiệu chỉnh quỹ đạo khi cần
thiết, năng lượng dùng cho các thiết bị viễn thông được cung cấp bởi các tấm
pin mặt trời kết hợp với các bộ ắc-quy dự trữ. Trong khi bay, vệ tinh cũng cần
các hệ thống tự động xác định vị trí và ổn định phương vị để vệ tinh luôn ở
Page | 4


đúng vị trí và các anten luôn hướng về các hướng cần thiết để đảm bảo duy trì
thông tin liên lạc được thông suốt.

(a)

(b)

(d)

(c)

(e)
Hình 1.1. Hình dạng và cấu trúc của vệ tinh Palaba-B
(a): Xếp lại để chuẩn bị phóng lên quỹ đạo
(b): Mở ra để hoạt động trên quỹ đạo
(c): Cấu trúc bên trong
(d): Chuẩn bị xuất xưởng vệ tinh

(e): Vệ tinh trên quỹ đạo

Trạm mặt đất là các trạm liên lạc trên mặt đất, chịu trách nhiệm liên lạc
với vệ tinh để đảm bảo duy trì luồng thông tin liên lạc, một số trạm mặt đất
còn có nhiệm vụ kiểm soát, điều khiển vệ tinh và hỗ trợ các hệ thống tự ổn
định của vệ tinh.
Page | 5


Hình 1.2. Sơ đồ khối của một trạm mặt đất
Luồng tín hiệu hướng từ mặt đất tới vệ tinh gọi là luồng lên (Up Link),
luồng theo hướng ngược lại, từ vệ tinh xuống mặt đất, gọi là luồng xuống
(Down Link).

Hình 1.3. Chặng chuyển tiếp vô tuyến qua vệ tinh
Trong thực thế, luồng Up Link luôn có tần số cao hơn so với luống
Down Link, nguyên nhân là do: trong thông tin vệ tinh, khoảng cách giữa vệ
tinh và trạm mặt đất là rất lớn, môi trường truyền luôn có các yếu tố gây suy
hao nếu tần số Down Link ở băng tần cao thì đòi hỏi phải tăng công suất phát
của vệ tinh lên nhiều lần, điều này dẫn đến tăng kích thước cũng như khối
lượng của vệ tinh, đây là việc làm không khả thi vì khi bắn một vệ tinh lên
Page | 6


quỹ đạo thì giá thành tỷ lệ với khối lượng của nó. Khi Up Link ở tần số cao
thì chúng ta dễ dàng điều khiển công suất phát ở tram mặt đất.
1.2.2 Các quỹ đạo vệ tinh trong các hệ thống thông tin vệ tinh

Hình 1.4. Các quỹ đạo vệ tinh trong hệ thống
thông tin vệ tinh

Tùy thuộc vào độ cao so với mặt đất các quỹ đạo của vệ tinh trong hệ
thống thông tin vệ tinh được chia thành:
- HEO (Highly Elpitical Orbit): quỹ đạo elip cao
- GSO (Geostationary Orbit) hay GEO (Geostatinary Earth Orbit):
quỹ đạo địa tĩnh
- MEO (Medium Earth Orbit): quỹ đạo trung
Chuyển động của vệ tinh quanh Trái Đất bị chi phối chủ yếu bởi quán
tính của vệ tinh và lực hấp dẫn của Trái đất tạo thành những quỹ đạo nhất
định, các quỹ đạo của vệ tinh được chia làm hai loại cơ bản :
Quỹ đạo tầm thấp và quỹ đạo tầm trung: có hình elip, độ cao trung bình
vào khoảng 250Km đến 1000Km cho tầm thấp và 10.000Km đến 14.000Km
cho tầm trung bình. Đối với các loại vệ tinh theo quỹ đạo này, ưu điểm quan
trọng nhất là cự ly liên lạc ngắn, nhưng vị trí biểu kiến của nó nhìn từ một
điểm cố định trên mặt đất thay đổi liên tục, điều này gây khó khăn cho việc

Page | 7


định hướng anten trên vệ tinh cũng như trên mặt đất và không thể duy trì liên
lạc liên tục trực tiếp với vệ tinh (vì có lúc bị khuất sau đường chân trời).
Quỹ đạo địa tĩnh: là quỹ đạo tròn nằm trên cùng mặt phẳng với Xích
đạo, có độ cao khoảng 36.000 Km so với mặt đất (bán kính quỹ đạo 42.164,2
Km tính từ tâm Trái Đất). Vệ tinh theo quỹ đạo này sẽ có chu kỳ bay quanh
Trái Đất là 24 giờ, trùng với thời gian Trái Đất tự quay quanh mình, quỹ đạo
này được gọi là quỹ đạo đồng bộ. Nếu chiều bay của vệ tinh trùng với chiều
quay của Trái Đất, vận tốc biểu kiến của nó so với một điểm bất kỳ trên Trái
Đất sẽ bằng 0, nghĩa là nó sẽ dường như đứng yên khi quan sát từ mặt đất.
Các vệ tinh bay trên quỹ đạo này được gọi là vệ tinh địa tĩnh (Geostationary
Earth Orbit). Quỹ đạo này còn được gọi là vành đai Clark (Clark belt) để ghi
nhớ công lao của Athur C. Clark.

Các vệ tinh địa tĩnh có thể đảm bảo thông tin liên lạc một cách liên tục
nên có tầm quan trọng rất lớn trong thông tin vệ tinh. Với ba vệ tinh địa tĩnh
đặt cách đều nhau trên quỹ đạo, có thể thực hiện liên lạc đến hầu hết các vùng
trên Trái Đất (trừ các vùng gần hai cực của Trái Đất) bằng cách chuyển tiếp
tín hiệu qua một hoặc hai vệ tinh.
Nhược điểm của phương thức sử dụng vệ tinh địa tĩnh là:
- Cự ly liên lạc quá lớn ( 36.000Km) nên phải sử dụng các anten
lớn và có hướng tính cao, không thuận lợi cho thông tin di động.
- Chỉ có một quỹ đạo địa tĩnh duy nhất quanh Trái Đất nên số luợng
vệ tinh đặt trên quỹ đạo này bị giới hạn. Hiện nay, nay một số vùng đã cho
phép khoảng cách tối thiểu giữa hai vệ tinh là 2 trên quỹ đạo (thay vì là 4
như trước đây).
Để tăng khả năng sử dụng quỹ đạo địa tĩnh, cần dùng một số giải pháp
để tăng hiệu suất sử dụng tần số như:
- Phân cực sóng trực giao (thẳng hoặc quay).
- Dùng các anten hướng tính mạnh tạo thành các búp sóng điểm
(spot beam) để tập trung tín hiệu đến nơi cần thiết .
- Dùng các kỹ thuật điều chế phù hợp, kỹ thuật trải phổ,…
1.2.3 Các định luật cơ bản

Page | 8


Định luật Kepler 1: Đường chuyển động của một vệ tinh xung quanh
một vật thể sơ cấp là một hình elip. Hình elip có 2 tiêu điểm F1 và F2, tâm khối
lượng của hệ thống hai vật thể này gọi là tâm Bary chúng luôn nằm tại một trong
hai tiêu điểm.
Bán trục chính của Elip được ký hiệu là a và bán trục phụ được ký hiệu
là b. Độ lệch tâm e được xác định như sau:

(1.1)
Độ lệch tâm và bán trục chính là hai thống số đê xách định các vệ tinh
quay quanh trái đất. 0thành đường tròn.

Hình 1.5. Các tiêu điểm F1, F2, bán trục chính a và
bán trục phụ b
Định luật Kepler 2: Trong các khoảng thời gian bằng nhau, vệ tinh sẽ
quiets các diện tích bằng nhau trong mặt phẳng quỹ đạo của nó với tiêu điểm
tại tâm Bary.

Page | 9


Hình 1.6. Vệ tinh quét các phần diện tích bằng nhau
Nếu coi vệ tinh dịch chuyển quãng đường S1 và S2 trong 1s thì các
diện tích A1 và A2 bằng nhau. Do S1 và S2 là tốc độ bay của vệ tinh nên từ
định luật thì rút ra được tốc độ S2bay hết 1 quãng đường cho trước khi nó cách xa quả đất hơn. Từ tính năng
này để sử dụng cho việc muốn tăng khoảng thời gian mà một vệ tinh có thể
nhìn thấy các vùng quy đinh của quả đất.
Định luật Kepler 3: Bình phương chu kỳ quỹ đạo tỷ lệ với mũ ba với
khoảng cách trung bình giữa hai vật thể. Khoảng cách trung bình bằng bán
trục chính a.
(1.2)
Trong đó:
- n là chuyển động trung bình của vệ tinh đo bằng rad/s
- µ=3,986005×1014m3/sec2 là hằng số hấp dẫn địa tâm quả đất
Ý nghĩa: cho thấy quan hệ cố định giữa chu kỳ và kích thước
1.2.4 Các thuật ngữ cho quỹ đạo vệ tinh

Viễn điểm (Apogee): Điểm xa trái đất nhất, độ cao của viễn điểm
được ký hiệu là ha
Cận điểm (Perigee): Điểm gần trái đất nhất, độ cao của cận điểm được
ký hiệu Hp
Đường nối các điểm cực (Line of Apsides): Đường nối viễn điểm và
cận điểm qua tâm trái đất.
Page | 10


Nút lên (Ascending): Điểm cắt giữa mặt phẳng quỹ đạo và xích đạo
nơi mà vệ tinh chuyển từ Nam sang Bắc
Nút xuống (Descending): Điểm cắt giữa mặt phẳng quỹ đạo và mặt
phẳng xích đạo nơi mà vệ tinh chuyển từ Bắc sang Nam.
Đường các nút (Line of Nodes): Đường nối các nút lên và nút xuống
qua tâm trái đất.
Góc nghiêng (Inclination): Được định nghĩa là Góc giữa mặt phẳng
quỹ đạo và mặt phẳng xích đạo.
Quỹ đạo đồng hướng (Prograde Orbit): Quỹ đạo mà ở đó vệ tinh
chuyển động cùng chiều quay của trái đất.
Quỹ đạo ngược hướng (Retrograde Orbit): Quỹ đạo mà ở đó vệ tinh
chuyển động ngược với hướng chiều quay của trái đất, góc nghiêng của quỹ
đạo ngược hướng nằm trong dải 900 đến 1800.
Agunmen cận điểm (Agrument of Perigee): Góc từ nút xuống đến
cận điểm được đo trong mặt phẳng quỹ đạo tại tâm trái đất theo hướng
chuyển động của vệ tinh.
Độ dị thường trung bình(Mean Anomaly): Độ dị thường trung bình
cho thấy giá trị trung bình vị trí góc của vệ tinh với tham chuẩn là cận điểm.
Đối với quỹ đạo Elip, tính toán vị trí này khó hơn nhiều và M sử dụng làm
bước trung gian trong quá trình tính toán.
Độ dị thường thật sự (True Anomaly): Độ di thường thực sự là góc

từ cận điểm đến vệ tinh được đo tại tâm trái đất, nó cho thấy vị trí góc của
anten trên quỹ đạo phụ thuộc vào thời gian.

Page | 11


Hình 1.7. Độ cao viễn điểm ha, cận điểm hb, góc
nghiêng I và Ln

Hình 1.8. Các quỹ đạo đồng hướng và ngược hướng

Page | 12


Hình 1.9. Agumen của cận điểm ω và góc lên đứng
của nút lên Ω

Nếu quỹ đạo vệ tinh là một elip, có bán trục lớn là a thì:
Vận tốc vệ tinh trên quỹ đạo sẽ là:
2 1
V    
r a

(1.3)

Trong đó :
-   g.m1 = 3,986013105 km3/s2 (g: gia tốc trọng trường, m1: khối
lượng Trái đất)
- a: 1/2 trục dài của quỹ đạo elip
- r: khoảng cách từ vệ tinh đến tâm Trái đất (nếu quỹ đạo vệ tinh là

tròn thì r = a) thời gian của một chu kỳ quỹ đạo là :
2 1
V    
r a

(1.4)

Trong trường hợp của vệ tinh địa tĩnh, T phải bằng thời gian Trái đất tự
quay quanh mình một vòng, thời gian này là 23 giờ 56 phút 4,09 giây (hơi
Page | 13


khác với chu kỳ mọc / lặn của Mặt trời do không tính đến chuyển động của
Trái đất quanh Mặt trời).
Khi đó ta có:
T 
a
 2







2/3

 42. 164,2 km

(1.5)

Nếu coi bán kính trung bình của Trái đất tại xích đạo là 6.378,155 km
thì vệ tinh sẽ độ cao trung bình trên xích đạo là 35.786,045 km. Vận tốc của
vệ tinh trên quỹ đạo là đều và có giá trị 3,07466 km/s.

Hình 1.9. Khả năng phủ sóng tối đa của vệ tinh địa tĩnh
Vệ tinh địa tĩnh do không có chuyển động biểu kiến so với mặt đất, cho
phép xây dựng các trạm mặt đất với chi phí thấp do không cần có anten bám
liên tục theo vệ tinh. Nếu anten trạm mặt đất chỉ cần góc ngẩng tối thiểu là 5
so với đường chân trời, một vệ tinh có thể phủ sóng tới 38% diện tích bề mặt
Trái đất. Với hệ thống 3 vệ tinh có thể phủ sóng từ vĩ tuyến 76 Nam đến vĩ
tuyến 76 Bắc (vẫn giả sử góc ngẩng tối thiểu là 5).
Ảnh hưởng của việc lệch quỹ đạo:
Dưới các tác động phụ của Mặt trăng, Mặt trời, quỹ đạo vệ tinh sẽ
nghiêng dần với tốc độ khoảng 1 trên một năm. Cộng với các tác động khác
nữa (tuy yếu hơn), vệ tinh sẽ bị lệch khỏi vị trí ban đầu theo hướng Đông–Tây
và Bắc–Nam. Khi đó quỹ đạo sẽ tạo thành một góc lệch i lớn hơn so với mặt
phẳng Xích đạo.
Khi đó vệ tinh có chuyển động biểu kiến so với “hạ điểm” của vệ tinh
theo hình số 8 (hạ điểm là điểm chiếu thẳng góc từ vệ tinh xuống mặt đất).

Page | 14


Hình 1.10. Mặt phẳng quỹ đạo bị nghiêng góc i so với
mặt phẳng Xích đạo
Để hiệu chỉnh quỹ đạo bị nghiêng, cần phải tạo một xung lực lên vệ
tinh để tạo ra một vận tốc vuông góc với phương đang chuyển động của vệ
tinh ngay vào lúc vệ tinh đi qua điểm nút. Lực này phải tạo được vận tốc:
V = V tg i

(1.6)

Trong đó:
- V là vận tốc quỹ đạo của vệ tinh, VD: nếu i = 1 thì với
V=3.074,66 m/s thì V =53,668 m/s

Điểm nút

∆V==53.668 m/s

Hình 1.11. Hiệu chỉnh góc lệch của quỹ đạo vệ tinh
Để tạo lực hiệu chỉnh quỹ đạo cho vệ tinh, trên vệ tinh phải có các động
cơ phản lực nhỏ và sẽ được khởi động khi cần thiết.
Định vị vệ tinh - góc phương vị và góc ngẩng:

Page | 15


Hình 1.12. Góc ngẩng và góc phương vị
Đây là các thông số để hướng anten của trạm mặt đất đến vệ tinh cần
liên lạc, các thông số này được tính toán từ các dữ liệu về vị trí của vệ tinh
trên quỹ đạo và tọa độ của trạm mặt đất.
Góc phương vị (Azimuth) là góc đo trên mặt phẳng của mặt đất tại
điểm đặt trạm mặt đất, tính theo chiều kim đồng hồ từ hướng Bắc đến hướng
cần thiết để hướng tới vệ tinh, góc này có thể có giá trị từ 0  360, ký hiệu
là góc A.
Góc ngẩng (Elevation) là góc đo theo mặt phẳng thẳng đứng so với mặt
phẳng của mặt đất tại điểm đặt trạm mặt đất, đi qua điểm đặt trạm mặt đất và
vệ tinh, tính từ phương ngang so với mặt đất đến đường thẳng hướng tới vệ

tinh, góc này có thể có giá trị từ 0  90, ký hiệu là góc E.

Page | 16


Hình 1.13. Tính góc phương vị và góc ngẩng
Tùy theo vị trí của trạm mặt đất và vệ tinh ta sẽ có :
Hình 1.14 dùng để tính toán góc phương vị và góc ngẩng của anten
trạm mặt đất. Trong hình T là điểm đặt trạm mặt đất, các điểm T, M, N, P
cùng nằm trên một mặt phẳng nằm ngang so với mặt đất tại T, MN tạo thành
trục Nam-Bắc qua T, TP là đường thẳng nằm ngang so với mặt đất tại T và
hướng về phía vệ tinh do đó TP sẽ giao với SO (tại P).
Tại Bắc bán cầu
Trạm mặt đất nằm ở phía Tây so với
vệ tinh :

A = 180 – A’

Trạm mặt đất nằm ở phía Đông so với
vệ tinh :

A = 180 +
A’
Page | 17


Tại Nam bán cầu
Trạm mặt đất nằm ở phía Tây so với
vệ tinh :

A = A’

Trạm mặt đất nằm ở phía Đông so với
vệ tinh :

A = 360 –A’

Với một số tính toán hình học thông thường, có thể dễ dàng đi tới các
công thức :
 tg  S   L
A'  arctg 
 sin  T






(1.7)

Và:


r  Re . cos  T . cos  S   L
E  arctg 
  arccos cos  T . cos  S   L
 Re . sin arccos cos  T . cos  S   L 


(1.8)

1.3 Sơ lược về cấu tạo vệ tinh
Vệ tinh có các khối chức năng chính:
- Hệ thống anten
- Hệ thống thông tin viễn thông
- Hệ thống cung cấp năng lượng
- Hệ thống tự động điều chỉnh vị trí và ổn định phương vị
1.3.1 Hệ thống anten
Gồm 3 anten:
- Anten phát
- Anten thu
- Anten điều khiển
Anten phát và anten thu là các anten có hướng tính cao để tăng độ lợi
(Gain) của anten, như vậy nếu vệ tinh chưa ổn định được vị trí và phương vị
trên quỹ đạo thì hai anten này không thể sử dụng được. Chính vì vậy cần có
anten phụ phục vụ cho công việc điều khiển và định vị vệ tinh. Anten này
thường dùng dạng hình nón kép (Bicone) để có búp sóng rộng và có thể có tới
Page | 18


hai anten riêng cho thu và phát. Khi vệ tinh đã ổn định quỹ đạo, hệ thống điều
khiển và định vị sẽ chuyển sang dùng chung với anten phát và anten thu chính
để tăng độ nhạy và giảm được công suất phát. Anten phát và anten thu có thể
chung hoặc riêng, nếu thiết kế riêng sẽ tránh được suy hao gây ra bởi bộ phân
nhánh định hướng (Diplexer) nhưng sẽ làm tăng kích thước và trọng lượng
của vệ tinh.
1.3.2 Hệ thống thông tin viễn thông
Có phần cơ bản nhất là một hoặc nhiều bộ phát – đáp (transponder),
phần này tạo ra chức năng trạm chuyển tiếp vô tuyến của vệ tinh. Trong các
vệ tinh viễn thông thế hệ mới, hệ thống thông tin viễn thông của vệ tinh có thể

có thêm các hệ thống chuyển mạch để thực hiện chuyển mạch số liệu ngay
trên vệ tinh.

Hình 1.14. Các kênh của bộ phát đáp vệ tinh
Bộ phát đáp bao gồm tập hợp các khối nối với nhau để tạo nên một
kênh thông tin duy nhất giữa anten thu và anten phát trên vệ tinh thông tin.
Một số khối trong bộ phát đáp có thể được dùng cho nhiều bộ phát đáp khác.
Băng thông ấn định cho dịch vụ băng X là 500 MHz và băng thông này
được chia thành các băng con, mỗi băng con dành cho một bộ phát đáp. Độ
rộng băng tần thông thường của bộ phát đáp là 36 MHz và đoạn băng bảo vệ
giữa các bộ phát đáp là 4 MHz, Băng C có thể đảm bảo cho 12 bộ phát đáp.
Dải tần thu hay dải tần đường lên là 5,925÷6,425 GHz, các sóng mang
có thể được thu trên một hay nhiều anten đồng phân cực. Bộ lọc cho qua toàn
Page | 19


bộ băng tần 500 MHz đến máy thu chung và loại bỏ tạp âm cùng với nhiều
ngoài băng (băng nhiễu này có thể gây ra do các tín hiệu ảnh). Trong dải
thông 500 MHz có thể có rất nhiều sóng mang được điều chế và tất cả các
sóng mang này đều được khuyếch đại, biến đổi tần số trong máy thu chung.
Biến đổi tần số chuyển các sóng mang này vào băng tần số đường xuống 3,7
đến 4,2 MHz với độ rộng 500 MHz. Sau đó các tín hiệu được phân kênh vào
các độ rộng băng tần của từng bộ phát đáp.
1.3.3 Hệ thống cung cấp năng lượng
Gồm hai phần chính: các tấm pin mặt trời và các bình ắc-quy.
Pin mặt trời: Pin năng lượng mặt trời (hay pin quang điện, tế bào
quang điện) là thiết bị bán dẫn chứa lượng lớn các diode p-n, dưới sự hiện
diện của ánh sáng mặt trời có khả năng tạo ra dòng điện sử dụng được. Sự
chuyển đổi này gọi là hiệu ứng quang điện. Vệ tinh lấy năng lượng từ những
tấm pin này để duy trì hoạt động của mình. Trên một số vệ tinh, các tấm pin

mặt trời được điều khiển để luôn xoay về hướng Mặt trời nhằm nhận được
năng lượng ở mức tối đa.
Bình ắc-quy: dự trữ đủ năng lượng để vệ tinh hoạt động trong suốt
khoảng thời gian vệ tinh đi vào vùng tối, nghĩa là vùng ánh nắng Mặt trời bị
che bởi Trái đất.
1.3.4 Hệ thống tự động điều chỉnh vị trí và ổn định phương vị
Gồm có :
- Các thiết bị đo lường định vị .
- Các thiết bị kiểm soát và ổn định phương vị.
- Các thiết bị thu phát riêng.
- Cộng cơ phản lực để ổn định vị trí và quỹ đạo.
Tuổi thọ của một vệ tinh thường do hệ thống cung cấp năng luợng và
dộng cơ phản lực quyết định. Hiện nay các vệ tinh thường có tuổi thọ thiết kế
trong khoảng 5÷10 năm, việc thiết kế các vệ tinh có tuổi thọ lớn hơn thường
là không cần thiết vì cũng cần thay đổi công nghệ của vệ tinh.

Page | 20


1.4 Các tổn hao trên đường truyền
1.4.1 Suy hao đường truyền
Khi sóng lan truyền trong không gian tự do, với anten phát và thu vô
hướng, tỷ số công suất phát PT trên công suất thu PR tại một điểm cách nơi
phát khoảng cách R được tính bởi công thức:




PT
 4R


PR



2

(1.9)

Trong đó:
-  là bước sóng vô tuyến.
Công thức trên có thể được trình bày dưới một dạng khác:
 [dB] = 32,44 + 20 log f (MHz) + 20 log D (Km)

(1.10)

 [dB] = 92,44 + 20 log f (GHz) + 20 log D (Km)

(1.11)

Hoặc:
Trong đó: f là tần số sóng vô tuyến điện.
Để ý rằng tần số càng cao thì suy hao càng lớn.
1.4.2 Tổn hao do mất đồng chỉnh anten
Khi thiết lập một đường truyền vệ tinh lý tưởng phải đạt được đồng
chỉnh các anten trạm mặt đất và vệ tinh để đạt được độ khuếch đại cao nhất.
Nguyên nhân xảy ra tổn hao do lệch trục là ở vệ tinh hoặc trạm mặt đất.
Tổn hao lệch trục ở trạm vệ tinh được xét tới khi thiết kế đường truyền hoạt
động ở đường viền của anten vệ tinh thực tế. Tổn hao lệch trục ở trạm mặt đất
còn gọi là tổn hao định hướng anten, thường xảy ra ở vài phần mười dB.

Tổn hao do mất đồng chỉnh hướng phân cực, tổn hao này thường nhỏ
và coi rằng các tổn hao do mất đồng chỉnh anten gồm: cả tổn hao định hướng
và tổn hao phân cực gây ra do mất đồng chỉnh.

Page | 21


Hình 1.15. a) Các anten trạm mặt đất và vệ tinh đã
được đồng chỉnh
b) Trạm mặt đất mằn ở một vệt phủ của vệ
tinh và anten không được đồng chỉnh
1.4.3 Suy hao do mưa
Mưa là nguyên nhân chính gây nên hiện tượng Fadinh trong băng C,
đặc biệt là băng Ku, mưa làm yếu sóng điện từ do tán xạ và hấp thụ chúng,
suy hao do mưa tăng dần khi tần số tăng và tình trạng này còn tồi tệ hơn khi ở
băng Ku so với băng C. Suy hao do mưa đối với phân cực ngang lớn hơn
nhiều so với phân cực đứng.
Vì suy hao mưa đi kèm với việc tạo ra các tạp âm và cả suy hao lẫn tạp
âm đều ảnh hưởng xấu đến chất lượng đường truyền vệ tinh.
Khi mưa đi qua khí quyển, nên các hạt mưa thường có dạng dẹt và trở
nên co hình elip thay vì hình cầu, khi một sóng điện có phân cực nhất định đi
qua các giọt mưa, thành phần trường song song với trục chính của giọt mưa sẽ
bị tác động khác với thành phần song song với trục phụ của giọt mưa. Điều
này dẫn đến sự lệch phân cực của sóng và kết quả là song trở nên phân cực
elip. Điều này đúng cho cả phân cực tuyến tính và phân cực tròn, song ảnh
hưởng nghiêm trọng hơn đối với phân cưc tròn. Khi chỉ có một phân cực, ảnh
hưởng không nghiêm trọng, tuy nhiên khi áp dụng tái sử dụng tần số bằng các
Page | 22

phân cực trực giao, cần phải sử dụng các thiết bị triệt phân cực chéo để bù trừ
sự lệch phân cực do mưa.
Khi anten mặt đất sử dụng vỏ che, cần xét đến ảnh hưởng của mưa lên
vỏ che. Mưa rơi lên vỏ tre hình bán cầu sẽ tạo thành lớp nươc có độ dầy
không đổi. Lớp này gây nên tổn hao do hấp thụ và phản xạ sóng. Theo nghiên
cứu suy hao vào khoảng 14dB đối với lớp nước dầy 1mm. Vì thế có thể ta
không nên sử dụng vỏ che anten, không có vỏ che, nước sẽ hội tụ lại tại bộ
phản xạ, nhưng tổn hao gây ra ít nghiêm trọng hơn do có vỏ che ướt gây nên.
Các số liệu về suy hao do mưa thường được cung cấp ở dạng các đường
cong hoặc bảng trong đó chỉ ra số phần trăm thời gian một suy hao nào đó bị
vượt quá hay tương đương với xác suất mà suy hao này bị vượt quá.
1.4.4 Các yếu tố gây nhiễu
Nhiễu tầng điện ly
Các hoạt động phân ly và tái hợp ion của tầng điện ly gây ra các nhiễu
thăng giáng, tuy nhiên nhiễu này tập trung chủ yếu trong vùng sóng ngắn và
giảm mạnh trong vùng tần số cao (hình 1.16) nên có thể bỏ qua trong thông
tin vệ tinh.
Nhiễu nhiệt từ bề mặt Trái đất
Đối với trạm mặt đất, do anten hướng lên trời nên ảnh hưởng không
đáng kể.
Còn đối với vệ tinh, bề mặt Trái đất đóng vai trò một nguồn nhiễu nhiệt
tương đương khoảng 250K đến 300K.
Nhiễu xuyên với các hệ thống thông tin trên mặt đất
Ở các tuyến thông tin vệ tinh có trạm mặt đất có góc ngẩng lớn, ảnh
hưởng này không đáng kể, nhưng ở các tuyến có góc ngẩng thấp (thường gặp
nhất ở các nước nằm xa vùng xích đạo), có thể xảy ra xuyên nhiễu với các hệ
thống vi ba trên mặt đất, cần thiết phải có phân định tần số phù hợp để tránh
loại nhiễu này.

Page | 23

Hình 1.16. Cửa sổ tần số vô tuyến
Nhiễu xuyên giữa các hệ thống vệ tinh lân cận
Hai vệ tinh gần nhau trên quỹ đạo có thể gây can nhiễu cho nhau.
Để giải quyết vấn đề cần áp dụng các giải pháp :
- Quy định khoảng cách tối thiểu giữa các vệ tinh, hiện nay khoảng
cách này là 24
- Tăng hướng tính, tức là phải tăng kích thước của anten.
- Phối hợp hợp lý việc phân chia kênh tần số và các phân cực giữa
các vệ tinh kế cận.
1.5. Phân bố tần số cho các hệ thống thông tin vệ tinh
Phân bố tần sô các dịch vụ vệ tinh là một quá trình rất phức tạp đòi hỏi
sự cộng tác quốc tế và có quy hoạch, phân bố tần sô thực hiện dưới sự bảo
trợ của Liên Đoàn Viễn Thông Quốc Tế (ITU), để tiện cho việc quy hoạch tần
số, toàn thế giới chia thành 3 vùng:
Vùng 1: Châu Âu, Châu Phi, Liên xô cũ và Mông Cổ.
Vùng 2: Bắc Mỹ, Nam Mỹ và Đảo Xanh.
Vùng 3: Châu Á (trừ vùng 1), Úc, Tây Nam Thái Bình Dương.

Page | 24