Nghiên cứu năng lượng đường truyền hệ thống INMARSAT b đài LES hải phòng

Cộng Hoà Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
***

LỜI CAM ĐOAN

Kính gửi : Hội đồng bảo vệ, khoa Điện Tử-Viễn Thông, hệ Sau đại học, trường
Đại Học Hàng Hải
Tôi tên là : Luân Quốc Tùng
Lớp

: KTĐT 2013

Tên đề tài tốt nghiệp:
“Nghiên cứu năng lượng đường truyền hệ thống INMARSAT-B Đài LES Hải
Phòng”.
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các kết quả nêu
trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình
nào khác.
Hải Phòng, ngày 01 tháng 09 năm 2015
Người thực hiện
Luân Quốc Tùng

i


LỜI CẢM ƠN
Sau 2 năm học tập và nghiên cứu em đã hoàn thành khóa học và luận văn tốt
nghiệp của mình. Tập luận văn này là kết quả học tập tại Viện Sau đại học – Đài
học Hàng Hải – Ngành Điện Tử Viễn Thông và là thay lời cảm ơn chân thành
nhất của em đến tất cả các thầy cô giáo, những người đã tận tâm, nhiệt tình giảng

dạy tất cả các môn học để em có kiến thức thực hiện tốt đề tài.
Qua đây em gửi lời cảm ơn đến PGS.TS Vũ Đức Lập, người Thầy đã tận tình
hướng dẫn em trong suốt thời gian qua.
Bên cạnh đó, em xin gửi lời cảm ơn của mình đến gia đình, những người đã
tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em trong việc học tập và động viên giúp đỡ em cố
gắng làm tốt đề tài tốt nghiệp.
Sau cùng, là lời cảm ơn đến tất cả các bạn bè, các anh chị đã giúp đỡ em
trong suốt quá trình học tập tại trường.

Hải Phòng, ngày 01 tháng 09 năm 2015
Sinh viên
Luân Quốc Tùng

ii


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN........................................................................................................ ii
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU ......................................... vi
MỞ ĐẦU

1

CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH ................. 2
1.1

Tổng quan .................................................................................................... 2

1.2

Lịch sử phát triển hệ thống thông tin vệ tinh .............................................. 2

1.3

Cấu trúc tổng thể và nguyên lý thông tin vệ tinh ........................................ 3

1.4.

Đặc điểm của thông tin vệ tinh .................................................................... 5

CHƢƠNG 2. NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG INMARSAT B TẠI ĐÀI VỆ TINH
MẶT ĐẤT INMARSAT HẢI PHÒNG .................................................................. 10
2.1

Giới thiệu chung về hệ thống Inmarsat ..................................................... 10

2.2

Chức năng thông tin của hệ thống thông tin vệ tinh Inmarsat .................. 12

2.3

Các dịch vụ trong hệ thống thông tin vệ tinh INMARSAT ...................... 15

2.4

Các hệ thống thông tin vệ tinh INMARSAT............................................. 17

2.5

Hệ thống thông tin vệ tinh INMARSAT-B ............................................... 21

CHƢƠNG 3. TÍNH TOÁN DỰ TRỮ NĂNG LƢỢNG ĐƢỜNG TRUYỀN HỆ
THỐNG INMARSAT B ĐẶT TẠI ĐÀI VỆ TINH MẶT ĐẤT INMARSAT HẢI
PHÒNG

........................................................................................................... 24

3.1

Đặt vấn đề .................................................................................................. 24

3.2

Cơ sở lý thuyết tính toán và dự trữ năng lƣợng đƣờng truyền .................. 25

3.2.1

Các thông số trên mô hình năng lượng đường truyền ............................. 27

3.2.1.1 Công suất bức xạ đẳng hướng tương đương (EIRP) ............................... 27
iii


3.2.1.2 Công suất thu ............................................................................................ 29
3.2.1.3 Suy hao do phi đơ thu phát ....................................................................... 29
3.2.1.4 Suy hao do anten thu phát lệch nhau........................................................ 30
3.2.1.5 Suy hao do không thu đúng phân cực ....................................................... 31
3.2.1.6 Suy hao trường tự do ................................................................................ 31

3.2.1.7 Suy hao do khí quyển ................................................................................ 32
3.2.1.8 Suy hao do mưa ........................................................................................ 32
3.2.1.9 Tỉ lệ tín hiệu trên nhiễu tại đầu vào máy thu............................................ 32
3.2.1.10 Tỉ số năng lượng của Bit/ Mật độ tạp âm Eb/N0 (Energy of Noise Density
Ratio)
3.2.2

........................................................................................................... 33
Các tính toán và dữ trữ năng lượng đường truyền .................................. 34

3.2.2.1 Tính toán cho tuyến lên ............................................................................ 34
3.2.2.1.1 Tuyến lên trong điều kiện trời trong ......................................................... 34
3.2.2.1.2 Tuyến lên trong điều kiện trời mưa .......................................................... 35
3.2.2.2 Tính toán cho tuyến xuống ....................................................................... 35
3.2.2.2.1 Tính tuyến xuống khi trời trong ................................................................ 35
3.2.2.2.2 Tính tuyến xuống khi trời mưa ................................................................. 36
3.2.2.3 Tính toán cho tuyến tổng .......................................................................... 36
3.2

Tính toán và dự trữ năng lƣợng đƣờng truyền cho hệ thống INMARSAT-

B tại Đài vệ tinh Mặt đất INMARSAT Hải Phòng ................................................. 38
3.2.3

Các mô hình dự báo suy hao do mưa ........................................................ 39

3.2.3.1 Mô hình thực nghiệm Crance 1978 ........................................................... 40
3.2.3.2 Mô hình Line 1979..................................................................................... 41
3.2.3.3 Mô hình ITU - R......................................................................................... 42
iv

3.2.4

Chọn mô hình dự báo suy hao do mưa ...................................................... 43

3.2.5

Tính toán và dự trữ năng lượng đường truyền cho hệ thống INMARSAT-B

tại Đài vệ tinh mặt đất INMARSAT Hải Phòng ...................................................... 47
3.2.5.1 Các số liệu thực tế ..................................................................................... 48
3.2.5.2 Tính toán tuyến lên .................................................................................... 49
3.3

Kết luận chƣơng ........................................................................................ 54

KẾT LUẬN ........................................................................................................... 55
TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................... 56

v


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU
Chữ viết tắt

Giải thích

INMARSAT

International Maritime Sattelite: Tổ chức thông
tin vệ tinh hàng hải Quốc tế.

PSTN

Public Switched Telephone Network: Mạng
chuyển mạch thoại công cộng

PSDN

Public Switched Data Network: Mạng số liệu
chuyển mạch công cộng

ISDN

Intergrated Services Digital Network: Mạng số
đa dịch vụ

SES

Satellite Earth Station: Trạm vệ tinh mặt đất

AOR-W

Atlantic Ocean Region West: Vùng tây Đại Tây
dƣơng

AOR-E

Atlantic Ocean Region East: Vùng Đông Đại

Tây dƣơng

IOR

Indian Ocean Region: Khu vực Ấn Độ Dƣơng

PQR

Pacific Ocean Region: Khu vực Thái Bình
Dƣơng

MSI

Maritime safety information: bản tin an toàn
hàng hải

NAVAREA

Navtext Area: Vùng dịch vụ điều hƣớng

EGC

Enhanced Group Call: Cuộc gọi nhóm nâng cao

MES

Mobile Earth Station: Đài mặt đất di động

RCC

Rescue coordination center: Trung tâm cứu nạn

SAR

Search and rescue: tìm kiếm và cứu nạn

BPSK

Binary Phase Shift Keying: Điều chế pha PSK 2
mức

vi


EIRP

Equivalent isotropically radiated power: Công
suất bức xạ đẳng hƣớng tƣơng đƣơng

dB

Decibel

vii


DANH MỤC CÁC BẢNG
Số bảng

Tên bảng

Trang

1.1

Quy định băng tần thông tin vệ tinh

9

2.1

Các vệ tinh INMARSAT hiện đang hoạt động

11

3.1

Lƣợng mƣa tƣơng ứng với tổng thời gian suy giảm 45
tín hiệu do mƣa trung bình trong năm.

3.2

Quan hệ giữa hệ số nhiễu và nhiệt độ nhiễu.

51

3.3

Dự trữ năng lƣợng cho đƣờng truyền

54

viii


DANH MỤC CÁC HÌNH
Số hình

Tên hình

Trang

1.1

Hình mở vỏ Sputnik-1

2

1.2

Sơ đồ đƣờng thông tin vệ tinh

4

1.3

Vệ tinh quỹ đạo thấp

5

1.4

Quỹ đạo vệ tinh địa tĩnh

6

1.5

Sự suy giảm của sóng vô tuyến trong không gian

8

2.1

Cấu trúc mạng INMARSAT-B

23

3.1

Mô hình vật lý năng lƣợng đƣờng truyền vệ tinh

27

3.2

Mô tả anten đẳng hƣớng.

28

3.3

Anten thực bức xạ vùng A

28

3.4

Tính mức công suất thu

29

3.5

Tính suy hao thu phát

30

3.6

Suy hao do anten thu phát lệnh nhau

30

3.7

Mô tả tuyến lên (Uplink).

34

3.8

Mô tả tuyến xuống (Downlink).

36

3.9

Mô tả tuyến tổng

36

3.10

Tính suy giảm do mƣa theo ITU-R

44

ix


3.11

Lƣợng mƣa trung bình (mm/h) của các vùng trên

47

thế giới
3.12

Lƣợng mƣa R0.01 (mm/h) vƣợt quá 0.01% của một 47
năm trung bình.

3.13

Toán đồ xác định suy hao trên một đơn vị chiều

47

dài trong mƣa γR
3.14

Sơ đồ tính toán khoảng cách từ trạm mặt đất tới

49

vệ tinh
3.15

Tóm tắt các mức công suất ở tuyến lên.

x

52


MỞ ĐẦU
Thông tin liên lạc đóng vai trò hết sức quan trọng trong cuộc sống , hầu hết
chúng ta luôn gắn liền với với một vài dạng trao đổi thông tin nào đó. Các dạng
trao đổi thông tin có thể nhƣ : đàm thoại giữa nguời với ngƣời , đọc sách, gửi và

nhận thƣ, nói chuyện qua điện thoại, xem phim hay truyền hình…. Có thể có hàng
ngàn ví dụ khác nhau về thông tin liên lạc, trong đó thông tin số liệu là một phần
đặc biệt trong toàn bộ lĩnh vực thông tin.
Ngày nay với sự phát triển đa dạng của các hệ thống thông tin đặc biệt là hệ
thống thông tin vệ tinh đã đƣa thông tin liên lạc có bƣớc phát triển nhẩy bậc. Các
ứng dụng của thông tin vệ tinh ngày càng trở lên rộng rãi trong rất nhiều lĩnh vực.
Các hệ thống vệ tinh trong hàng hải cũng đã phát triển một cách nhanh chóng và
ngày càng có xu thế phục vụ đa dạng hơn các dịch vụ tới ngƣời sử dụng. Một dịch
vụ đƣợc quan tâm trong đề tài của em là dịch vụ truyền số liệu trong hệ thống
INMARSAT-B – một dịch vụ với mục đích theo dõi quản lý tàu thuyền và cung
cấp các ứng dụng ứng cứu và truyền thông ngoài khơi qua vệ tinh.
Trong hệ thống thông tin vô tuyến nói chung, thông tin vệ tinh nói riêng,
năng lƣợng đƣờng truyền là yếu tố quyết định để truyền đƣa tín hiệu từ nơi này đến
nơi kia, tùy theo khoảng cách, đặc tính môi trƣờng và công nghệ truyền dẫn mà
năng lƣợng cần thiết để truyền đƣa tín hiệu ở các mức khác nhau. Đề tài “Nghiên
cứu năng lượng đường truyền hệ thống Inmarsat-B Đài LES Hải Phòng” đƣợc em
lựa chọn và thực hiện nhằm nghiên cứu, tìm hiểu cơ sở khoa học, đặc tính, cấu trúc
và các thông số kỹ thuật của hệ thống thông tin vệ tinh trong đó chú trọng vào hệ
thống INMARSAT-B tại Đài vệ tinh mặt đất INMARSAT Hải Phòng, tham chiếu,
đánh giá với các tham số lý thuyết để từ đó hiểu sâu hơn về hệ thống có thể tính
toán, trình diễn các thông số kỹ thuật phục vụ cho việc dự trữ năng lƣợng đƣờng
truyền cho hệ thống Inmarsat-B.

1


CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH
1.1

Tổng quan

Thông tin vệ tinh đã có sự phát triển vƣợt bậc trên 20 năm qua và đã trở

thành phƣơng tiện thông tin để xây dựng một xã hội định hƣớng thông tin tiên tiến
Với các ƣu điểm của mình thông tin vệ tinh đã khắc phục các hạn chế của
thông tin vô tuyến mặt đất. Nó có thể truyền thông tin đến tất cả các vùng địa lý
trên thế giới và cƣớc phí rẻ nhất cho các cuộc liên lạc ở khoảng cách xa. Hơn
nữa.thông tin vệ tinh còn có khả năng cung cấp nhiều dịch vụ nhƣ : dịch vụ thoại,
dịch vụ telex, truyền dữ liệu, vô tuyến dẫn đƣờng, thăm dò tài nguyên, truyền ảnh
(facimile) qua đƣờng thoại, thông tin an toàn cứu nạn (cho cả hàng hải và hàng
không), trao đổi dữ liệu điện tử… và đƣợc kết nối với các mạng thông tin mặt đất
nhƣ PSTN (Public Switched Telephone Network –Mạng chuyển mạch thoại công
cộng), PSDN (Public Switched Data Network – Mạng số liệu chuyển mạch công
cộng), ISDN (Intergrated Services Digital Network –Mạng số đa dịch vụ)…
1.2

Lịch sử phát triển hệ thống thông tin vệ tinh

-

Tháng 10 năm 1957 lần đầu tiên trên thế giới, Liên Xô phóng thành công vệ
tinh nhân tạo SPUTNIK-1 đánh dấu một kỷ nguyên về thông tin vệ tinh.
Chiếc vệ tinh đầu tiên, nặng chỉ có 83,6kg, hình quả cầu chịu áp lực bằng
hợp kim nhôm đƣợc đánh sáng bóng. Vệ tinh đƣợc trang bị 2 máy phát vô
tuyến điện và 4 cây anten;

Hình 1.1 Hình mở vỏ Sputnik-1
2


-

Năm 1958 bức điện đầu tiên đƣợc phát qua vệ tinh SOCRE của Mỹ, bay ở
quỹ đạo thấp;

-

Năm 1964 thành lập tổ chức thông tin vệ tinh quốc tế INTELSAT;

-

Cuối năm 1965 Liên Xô phóng thông tin vệ tinh MOLNYA lên quỹ đạo
elip;

-

Năm 1971 thành lập tổ chức thông tin vệ tinh quốc tế INTERSPUTNIK gồm
Liên Xô và 9 nƣớc XHCN;

-

Năm 1927-1976 Canada, Mỹ, Liên Xô và Indonnesia sử dụng vệ tinh cho
thông tin nội địa;

-

Năm 1979 thành lập tổ chức thông tin hành hải quốc tế qua vệ tinh
INMARSAT (International Maritime Satellite);

-

Năm 1984 Nhật Bản đƣa vào sử dụng hệ thống truyền hình trực tuyến qua
vệ tinh;

-

Năm 1987 thử nghiệm thành công vệ tin phục vụ cho thông tin di động qua
vệ tinh;

-

Thời kỳ những năm 1999 đến nay, ý tƣởng và hình thành những hệ thống
thông tin di động và băng thông rộng toàn cầu sử dụng vệ tinh.

1.3

Cấu trúc tổng thể và nguyên lý thông tin vệ tinh
Thông tin vệ tinh đƣợc thực hiện trên cơ sở một vệ tinh có khả năng thu phát

sóng vô tuyến điện. Khi đó vệ tinh sẽ khuếch đại sóng vô tuyến điện nhận đƣợc từ
các trạm mặt đất và phát lại sóng vô tuyến điện đến các trạm mặt đất khác. Vệ tinh
thông tin có thể đƣợc chia làm hai loại:
-

Vệ tinh quĩ đạo thấp : là vệ tinh mà nhìn từ mặt đất nó chuyển động liên tục,
thời gian cần thiết cho vệ tinh chuyển động xung quanh quĩ đạo của nó khác
với chu kỳ quay của quả đất xung quanh trục của nó

3

-

Vệ tinh địa tĩnh : là vệ tinh đƣợc phóng lên quĩ đạo ở độ cao khoảng 36000
km so với đƣờng xích đạo. Vệ tinh địa tĩnh bay xung quanh quả đất một
vòng mất 24 giờ do vậy chu kỳ quay của nó bằng với chu kỳ quay của trái
đất theo hƣớng đông. Và khi ta quan sát từ mặt đất vệ tinh dƣờng nhƣ đứng
yên. Vệ tinh địa tĩnh có ƣu điểm hơn vệ tinh quĩ đạo thấp ở độ ổn định thông
tin

Vệ tinh

Tuyến xuống
Tuyến lên

Trạm mặt đất

Trạm mặt đất

Hình 1.2. Sơ đồ đường thông tin vệ tinh
Muốn thiết lập một đƣờng thông tin vệ tinh, trƣớc hết phải phóng một vệ
tinh lên qũy đạo và có khả năng thu sóng vô tuyến điện.Vệ tinh có thể là vệ tinh
thụ động, chỉ phản xạ sóng vô tuyến một cách thu động và không khuếch đại và
biến đổi tần số. Hầu hết các vệ tinh thông tin hiện nay là vệ tinh tích cực. Vệ tinh
sẽ thu tín hiệu từ trạm mặt đất, (SES: Satellite Earth Station) biến đổi, khuếch đại
và phát lại đến một hoặc nhiều trạm mặt đất khác.
Tín hiệu từ trạm mặt đất vệ tinh, gọi là đƣờng lên (uplink) và tín hiệu từ trạm
mặt từ vệ tinh về một trạm mặt đất khác đƣờng xuống (downlink). Thiết bị thông
tin qua vệ tinh bao gồm một số bộ phát đáp sẽ khuếch đại tín hiệu ở các băng tần
nào đó lên một công suất đủ lớn và phát về mặt đất.

4


1.4.
1.4.1.

Đặc điểm của thông tin vệ tinh
Vệ tinh và các dạng quỹ đạo của vệ tinh
Một vệ tinh có khả năng thu và phát sóng vô tuyến điện khi đƣợc phóng vào

vũ trụ ta gọi là vệ tinh thông tin. Khi đó vệ tinh sẽ khuếch đại sóng vô tuyến điện
nhận đƣợc từ các trạm mặt đất và phát lại sóng vô tuyến điện đến các trạm mặt đất
khác.
Do vệ tinh chuyển động khác nhau khi quan sát từ mặt đất, phụ thuộc vào
quỹ đạo bay của vệ tinh, vệ tinh có thể phân ra vệ tinh quỹ đạo thấp và vệ tinh địa
tĩnh.
Mỗi loại vệ tinh có nhƣng đặc điểm riêng, tùy theo từng loại ứng dụng mà
việc sử dụng vệ tinh cũng khác nhau.
Khi quan sát từ mặt đất, sự di chuyển của vệ tinh theo quỹ đạo bay ngƣời ta
thƣờng phân vệ tinh thành hai loại:
-

Vệ tinh quỹ đạo thấp: là vệ tinh chuyển động liên tục so với mặt đất, thời
gian cần thiết cho vệ tinh để chuyển động xung quanh quỹ đạo của nó khác
với chu kỳ quay của quả đất (loại vệ tinh này đƣợc ứng dụng trong việc
nghiên cứu khoa học, quân sự, khí tƣợng thủy văn, thông tin di động, …)

Quỹ đạo
elip

Hình 1.3. Vệ tinh quỹ đạo thấp
+ Ƣu điểm:


Phủ sóng đƣợc các vùng có vĩ độ cao > 81,3o.



Góc ngẩng lớn nên giảm đƣợc tạp âm do mặt đất gây ra.
5


+ Nhƣợc điểm:


Mỗi trạm phải có ít nhất hai anten và anten phải có cơ cấu điều chỉnh

chùm tia.


Để đảm bảo liên lạc liên tục trong 24 giờ thì phải cần nhiều vệ tinh.

+ Ứng dụng: Tổn hao đƣờng truyền nhỏ do vệ tinh bay ở độ cao thấp, nên
phù họp với thông tin di động. Trễ truyền lan nhỏ.
-

Vệ tinh địa tĩnh: là vệ tinh đƣợc phóng lên quỹ đạo tròn ở độ cao khoảng
36.000 km so với đƣờng kính quỹ đạo. Vệ tinh này bay xung quanh trái đất 1
vòng mất 24 giờ. Do thời gian bay của vệ tinh bằng thời gian quay của Trái
đất và cùng phƣơng hƣớng (hƣớng Đông), bởi vậy vệ tinh dƣờng nhƣ đứng

yên khi quan sát từ mặt đất, gọi là vệ tinh địa tĩnh.

Hình 1.4. Quỹ đạo vệ tinh địa tĩnh
+

Ƣu điểm:
 Hiệu ứng Dopler rất nhỏ do đó việc điều chỉnh anten trạm mặt đất là

không cần thiết.
 Vệ tinh coi nhƣ đứng yên so với trạm mặt đất. Do vậy đây là quỹ đạo
lý tƣởng cho các vệ tinh thông tin, nó đảm bảo thông tin ổn định và liên tục
suốt 24 giờ trong ngày.
 Vùng phủ sóng của vệ tinh lớn, bằng 42,2% bề mặt trái đất.

6


 Các trạm mặt đất ở xa có thể liên lạc trực tiếp và hệ thống 3 vệ tinh
có thể phủ sóng toàn cầu.
+

Nhƣợc điểm:
 Quỹ đạo địa tĩnh là quỹ đạo duy nhất tồn tại trong vũ trụ và đƣợc coi
là một tài nguyên thiên nhiên có hạn. Tài nguyên này đang cạn kiệt
do số lƣợng vệ tinh của các nƣớc phóng lên ngày càng nhiều.
 Không phủ sóng đƣợc những vùng có vĩ độ lớn hơn 81,30. Chất
lƣợng đƣờng truyền phụ thuộc vào thời tiết.
 Thời gian trễ truyền lan lớn, theo đƣờng ngắn nhất có:
 Từ: trạm – vệ tinh – trạm (72.000Km)  240ms.
 Từ: trạm – vệ tinh – trạm Hub – vệ tinh – trạm (154.000Km) 

513ms.
 Từ: trạm – vệ tinh – trạm (143.000Km)  447ms.
 Tính bảo mật không cao.
 Suy hao công suất cho đƣờng truyền lớn (gần 200dB).

+

Ứng dụng:

Đƣợc sử dụng làm quỹ đạo cho vệ tinh thông tin bảo đảm thông tin cho các
vùng có vĩ độ nhỏ hơn 81,30. Là loại vệ tinh đƣợc sử dụng phổ biến nhất, với nhiều
loại hình dịch vụ.
Nhận xét: Từ các dạng quỹ đạo nêu trên thì vệ tinh địa tĩnh là vệ tinh sử
dụng cho thông tin là lý tƣởng nhất vì nó đứng yên khi quan sát từ vị trí cố định
trên trái đất. Nghĩa là thông tin sẽ đƣợc bảo đảm liên lục, ổn định trong 24 giờ với
các trạm nằm trong vùng phủ sóng của vệ tinh mà không cần chuyển đổi sang một
vệ tinh khác. Bởi vậy hầu hết các hệ thống thông tin vệ tinh cố định đều sử dụng vệ
tinh địa tĩnh.
1.4.2.

Phân chia dải tần cho thông tin vệ tinh
7


Attenuation Coefficient (dB/Km)

20

O2

(a) Ionospheric scintillation
Nhiễu tầng ion

10

(a)
3
2

(b) Rain attenuation
Suy giảm do mƣa

(b)

Radio Window

(c) Atmospheric gases Nhiễu
khí quyển

1
0.5

H2O

(d)

0.2

(c)

0.1
0.2

0.5

1

2

5

10

20

30

(d) Tropospheric scintillation
Nhiễu tầng đối lƣu
Frequency (Ghz)

Hình 1.5: Sự suy giảm của sóng vô tuyến trong không gian
Hình trên cho thấy sóng điện từ ở tần số thấp bị hấp thụ năng lƣợng mạnh
khi truyền qua tầng điện li (đặc biệt là mây từ) và ở tần số cao (lớn hơn 10Ghz) bị
suy hao đáng kể khi truyền qua lớp khí quyển (mây mù và đặc biệt là mƣa). Chỉ có
dải tần từ 1-10 GHz là có suy hao tƣơng đối thấp nên đƣợc chọn sử dụng trong
thông tin vệ tinh, ta gọi khoảng tần số này là cửa sổ vô tuyến (Radio Window).
Liên minh viễn thông quốc tế (ITU) chia thế giới ra làm 3 khu vực:
 Khu vực 1: gồm Châu Âu, Châu Phi, vùng Trung Đông và Nga.
 Khu vƣc 2: gồm các nƣớc châu Mỹ.

 Khu vực 3: gồm các nƣớc Châu Á và Châu Đại Dƣơng
Tần số phân phối cho một dịch vụ nào đó có thể phụ thuộc vào khu vực.
Trong một khu vực một vùng dịch vụ có thể đƣợc dùng toàn bộ băng tần của khu
vực này hoặc phải chia sẻ với các dịch vụ khác. Các dịch vụ cố định sử dụng các
băng tần theo băng sau:

8


Bảng 1.1 Quy định băng tần thông tin vệ tinh
Đối với thông tin vệ tinh Quốc tế, độ tin cậy là rất quan trọng. Do đó việc
lựa chọn băng tần dùng cho thông tin vệ tinh Quốc tế phải cần đƣợc lựa chọn và
thăm dò kỹ càng. Ngƣời ta đã chọn băng C dùng cho thông tin vệ tinh Quốc tế, còn
băng Ku trƣớc đây dùng cho thông tin vệ tinh nội địa hiện nay đã đƣợc mở rộng
cho khu vực.

9


CHƢƠNG 2. NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG INMARSAT B TẠI ĐÀI VỆ
TINH MẶT ĐẤT INMARSAT HẢI PHÒNG
2.1

Giới thiệu chung về hệ thống Inmarsat
INMARSAT (International Maritime Sattelite) là một tổ chức đa quốc gia

thành lập vào 3/9/1979 nhằm thiết lập và quản lý hoạt động mạng thông tin vệ tinh
toàn cầu chủ yếu cung cấp các dịch vụ phục vụ cho ngành hàng hải. Hệ thống
INMARSAT bắt đầu hoạt động từ 1/2/1982 và phát triển rất nhanh chóng, tận dụng
đƣợc các thành tựu khoa học công nghệ hiện đại.

Vùng phủ sóng của vệ tinh INMARSAT rộng bao phủ toàn bộ trái đất từ (70
0

N - 70 0S) là vùng biễn diễn ra hầu nhƣ toàn bộ mọi hoạt động của con ngƣời. Các

vệ tinh INMARSAT đƣợc phóng nên quỹ đạo ở độ cao 35.800 km so với đƣờng
xích đạo của trái đất. Có 4 vệ tinh INMARSAT đang hoạt động ở 4 vùng đại
dƣơng là POR, IOR, AOR-W, AOR-E và một số vệ tinh dự phòng.
Vùng bao
phủ

Vệ tinh

Vị trí

Năm phóng

Tình trạng

INM2-F4

55.5W

1992

Đang sử dụng

Marecs-B2

58.0W

1984

Dự phòng

INM2-F2

15.5W

1991

Đang sử dụng

IntelsatV-MNSB

18.5W

1983

Dự phòng

Marisat-F1

106W

1976

Dự phòng

INM2-F1

64.5E

1990

Đang sử dụng

IntelsatV-MCSA

66.0E

1982

Dự phòng

AOR-W

AOR-E

IOR

10


POR

Marisat-F2

72.6E

1976

Dự phòng

INM2-F3

179.E

1992

Đang sử dụng

IntelsatV-NCSD

180.1E

1984

Dự phòng

Marisat-F3

182.5E

1976

Dự phòng

Bảng 2.1: Các vệ tinh INMARSAT hiện đang hoạt động
Do nhu cầu thông tin tăng nên nhanh chóng nên đầu những năm 1990 vệ

tinh INMARSAT-2th đƣợc phóng vào quỹ đạo nhằm tăng số kênh thông tin. Hiện
nay thế hệ vệ tinh INMARSAT-3th đã đƣợc phóng nên quỹ đạo phủ sóng kiểu
(spot-beam) phục vụ thông tin và có rất nhiều ƣu điểm.
Các vệ tinh địa tĩnh đƣợc điều khiển bởi một trạm điều khiểu dƣới mặt đất
(SCC) nhằm giữ cho vệ tinh bay đúng quỹ đạo, vị trí và giữ cho anten luôn hƣớng
về vị trí yêu cầu.
Các loại đài trạm trong hệ thống INMARSAT
-

Trung tâm phối hợp mạng lƣới thông tin (NCC): Điều khiển toàn bộ mọi
hoạt động của hệ thống thông tin vệ tinh

-

Trạm điều phối mạng lƣới thông tin (NCS): điều khiển các kênh thông tin
liên lạc, phát các bản tin trong vùng đại dƣơng.

-

Các trạm mặt đất (LES/CES) kết nối giữa vệ tinh và mạng thông tin công
cộng quốc gia, quốc tế. Mỗi vùng phủ sóng có nhiều trạm (LES/CES) có hệ
thống anten lớn có thể liên lạc đồng thời với nhiều đài di động MES.

-

Các trạm đài di động MES có kết cấu nhỏ gọn có chức năng phù hợp với
yêu cầu sử dụng nhằm đảm bảo giá thành thấp phù hợp cho mọi đối tƣợng.
Hệ thống thông tin vệ tinh INMARSAT là một thành phần quan trọng trong

hệ thống GMDSS (Global Maritime Distress and Safety System) đặc biệt ứng dụng

công nghệ điện tử hiện đại vào thông tin vệ tinh. Ngoài ra các vệ tinh INMARSAT
11


còn đƣợc sử dụng nhƣ một phƣơng tiện chính để phát các thông báo về thông tin
an toàn hàng hải MSI cho các vùng không đƣợc phủ sóng bởi dịch vụ NAVTEX.
2.2

Chức năng thông tin của hệ thống thông tin vệ tinh Inmarsat

-

Phát tín hiệu cấp cứu tàu - bờ

-

Thu tín hiệu cấp cứu bờ - tàu

-

Thu phát tín hiệu cấp cứu giữa các tàu với nhau

-

Thu phát các thông tin liên lạc phục vụ tìm kiếm và cứu nạn

-

Thu phát các thông tin hiện trƣờng

-

Thu phát thông tin an toàn hàng hải MSI

-

Thu phát thông tin vô tuyến thông thƣờng

-

Thu phát thông tin giữa các tàu với nhau
Nhƣ vậy bên cạnh thông tin liên lạc cấp cứu giữa tàu - bờ và với các tàu

khác hệ thống còn đƣa ra những khái niệm mới về các chức năng thông tin.
a. Phát tín hiệu báo động cứu nạn theo chiều tàu - bờ.
Khi một tàu bị nạn phát tín hiệu báo động cứu nạn đƣợc thông tin khẩn cấp
và tin cậy đến các trạm bờ mặt đất. Các trạm bờ mặt đất này sẽ nhanh chóng
chuyển tín hiệu báo động cứu nạn tới trung tâm phối hợp cứu nạn RCC và RCC sẽ
chuyển tiếp tín hiệu này tới một đơn vị tìm kiếm cứu nạn (Search and Rescuce SAR) và các tàu lân cận trong vùng tàu bị nạn qua một đài thông tin duyên hải
hoặc đài bờ mặt đất. Một tín hiệu cấp cứu sẽ có thông tin về số nhận dạng tàu, vị trí
bị nạn, thời gian bị nạn, tính chất bị nạn và một số thông tin khác cho hoạt động
tìm kiếm và cứu nạn. Trong hệ thống thông tin vệ tinh phát tín hiệu báo động cứu
nạn sử dụng 2 phƣơng thức chính là thoại và telex.
Một trong những ƣu việt của hệ thống báo động cấp cứu trong INMARSAT
là không phải sử dụng tần số liên lạc riêng cho thông tin an toàn và cấp cứu. Các

12


bức điện báo động cấp cứu trong INMARSAT đƣợc gửi qua các kênh thông tin

chung với quyền ƣu tiên tuỵêt đối và tức thời.
b. Chuyển tiếp tín hiệu báo động cứu nạn theo chiều bờ - tàu.
Việc chuyển tiếp tín hiệu báo động cứu nạn theo chiều bờ tàu đến một nhóm
tàu qua vệ tinh INMARSAT ngoài mạng Safety Net có thể thực hiện theo cách sau:
-

"All ship calls" gọi tới tất cả các tàu trong vùng đại dƣơng có liên quan. Tuy
nhiên vì vùng bao phủ của mỗi vệ tinh rộng nên cuộc gọi không hiệu quả và
ít xảy ra.

-

"Geographical are" gọi tới tất cả các tàu hoạt động trong một vùng địa lý xác
định. Vùng bao phủ của của vệ tinh INMARSAT đƣợc chia nhỏ thành vùng
NAVAREA

-

"Group calls to selected ships" dịch vụ này đƣợc một số đài LES sử dụng có
sự trợ giúp của khai thác viên cho phép chuyển tín hiệu báo động tới nhóm
tàu chỉ định (thƣờng sử dụng cho các phƣơng tiện của đơn vị tìm kiếm và
cứu nạn).

c. Báo động cứu nạn theo chiều bờ - tàu qua hệ thống safety net quốc tế.
Máy thu EGC hoặc đƣợc tích hợp trong trạm đài tàu SES hoặc là thiết bị độc
lập sử dụng có hiệu quả để thu báo động cứu nạn theo bờ - tàu. Khi thu đƣợc một
tín hiệu chuyển tiếp báo động cứu nạn sẽ có tín hiệu báo động âm thanh và chỉ có
thể ngắt âm thanh báo động bằng tay.
Thông thƣờng việc báo động cứu nạn đƣợc thao tác nhân công và tất cả các
tín hiệu báo động cứu nạn đƣợc báo nhận cũng bằng thao tác nhân công.

Việc truy nhập mạng quốc tế của các trung tâm phối hợp cứu nạn RCC cũng
giống nhƣ phát tín hiệu báo động cứu nạn chiều tàu-bờ, nơi đó sẽ chuyển tiếp tới
mạng Safe Net quốc tế.
d. Thông tin phối hợp tìm kiếm cứu nạn

13


Đó là những thông tin cần thiết cho sự phối hợp giữa các tàu và máy bay
tham gia vào hoạt động tìm kiếm cứu nạn sau một tín hiệu báo động cứu nạn bao
gồm cả thông tin giữa các RCC với nhau hoặc giữa các RCC với ngƣời điều hành
hiện trƣờng và ngƣời điều phối tìm kiếm mặt biển trong vùng xảy ra tai nạn.
Trong các hoạt động tìm kiếm cứu nạn các bức điện đƣợc thông tin theo cả 2
chiều bằng phƣơng thức thoại và telex, khác với bức điện báo động cấp cứu chỉ
đƣợc phát một chiều.
Để tăng độ tin cậy và tốc độ thông tin qua hệ thống INMARSAT sử dụng
các phƣơng tiện đặc biệt hữu hiệu cho tổ chức tìm kiếm và cứu nạn khi các kênh
thông tin dành riêng không đảm bảo.
e. Thông báo MSI thông qua safety net quốc tế
Safety Net quốc tế đƣợc lựa chọn là một trong những phƣơng tiện chủ yếu để
phát đi các thông báo an toàn hàng hải MSI. Các trạm khí tƣợng thuỷ văn, các
trung tâm cứu nạn hàng hải sử dụng hệ thống này để phát đi các thông tin về an
toàn hàng hải.
f. Thông tin hiện trƣờng
Là thông tin liên quan tìm kiếm và cứu nạn giữa tàu bị nạn và tàu trợ giúp,
giữa tàu tìm kiếm cứu nạn và LES. Ngoài ra thông tin hiện trƣờng còn đƣợc sử
dụng cho máy bay tham gia vào tìm kiếm cứu nạn.
g. Thông tin thông thƣờng
Chức năng thông tin này phục vụ cho thông tin công cộng có tính thƣơng mại
giữa tàu-bờ, tàu-tàu, bờ-tàu bằng thoại, telex, data.

h. Thu phát tín hiệu định vị
Chức năng này làm tăng khả năng cứu nạn, sử dụng để nhanh chóng xác
định vị trí tàu hoặc ngƣời bị nạn.

14


2.3

Các dịch vụ trong hệ thống thông tin vệ tinh INMARSAT
Hệ thống INMARSAT cung cấp cho ngƣời sử dụng nhiều loại dịch vụ thông

tin với tầm hoạt động toàn cầu và tin cậy cao. Có các loại dịch vụ sau:
2.3.1 Thông tin thoại
Sử dụng cho các cuộc gọi cấp cứu, khẩn cấp, an toàn, thông thƣờng, chỉ dẫn
trợ giúp y tế.
-

Gọi duplex

-

Gọi simplex

-

Một trạm MES cũng có thể gửi, trả lời và phát đi các bức thông điệp bằng
thoại.

-

Nhắn tin trên đài vô tuyến quốc tế

-

Các cuộc gọi mà ngƣời nghe trả cƣớc phí và dùng thẻ (Card)

2.3.2 Facsimile
Các trạm MES đƣợc trang bị phù hợp có thể gửi các bức điện Facsimile tới
một số Facsimile thƣơng mại. Mặt khác một cá nhân hay một bức điện Facsimile
riêng có thể gửi tới LES.
2.3.3 Telex
-

Dịch vụ Store-and-Forward: (đối với inmarsat C) các bức điện có thể gửi tới
LES, ở đây các bức điện đƣợc lƣu trữ, xử lý và chuyển đi thông qua mạng
telex.

-

Các bức điện telex nhiều địa chỉ: bằng việc sử dụng dịch vụ kiểu Store-andForward mà các bức điện telex có thể gửi những bức thƣ chúc mừng bằng
telex, các thiếp chúc mừng đƣợc thiết kế trong trƣờng hợp đặc biệt.
Trong hệ thống INMARSAT-A/B/C dịch vụ telex là một trong những

phƣơng thức chính thống cho báo động và gọi cấp cứu 2 chiều. Đó là các thiết bị
quan trọng cấu thành hệ thống GMDSS.
15