Truyền thông di động tổng quan hệ thống thông tin vệ tinh

MỤC LỤC
NỘI DUNG

Trang

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT..........................................................................................v
DANH MỤC BẢNG BIỂU.....................................................................................vii
DANH MỤC HÌNH VẼ..........................................................................................viii
LỜI NÓI ĐẦU..........................................................................................................xi
Chương 1:

TỔNG QUAN HỆ THỐNG VỆ THÔNG TIN VỆ TINH.................1

1.1. Giới thiệu tổng quan về thông tin vệ tinh............................................................1
1.1.1. Lịch sử phát triển hệ thống thông tin vệ tinh quốc tế...................................1
1.1.2. Cấu trúc tổng thể và nguyên lý thông tin vệ tinh..........................................1
1.1.3. Đặc điểm của thông tin vệ tinh....................................................................2

1.1.3.1. Vệ tinh và các dạng quỹ đạo của vệ tinh......................................2
1.1.3.2. Phân chia dải tần cho thông tin vệ tinh........................................5
1.1.3.3. Ưu, nhược điểm của thông tin liên lạc qua vệ tinh:.....................6
1.2. Kỹ thuật thông tin vệ tinh....................................................................................8
1.2.1. Phóng vệ tinh, định vị và duy trì vệ tinh trên quỹ đạo..................................8

1.2.1.1. Phóng vệ tinh lên quỹ đạo địa tĩnh...............................................8
1.2.1.2. Duy trì vệ tinh trên quỹ đạo.........................................................9
1.2.2. Cấu hình tổng quát của một hệ thống thông tin vệ tinh................................9

1.2.2.1. Cấu trúc cơ bản của vệ tinh địa tĩnh...........................................10
1.2.2.2. Trạm điều khiển vệ tinh..............................................................11
1.2.2.3. Các trạm mặt đất........................................................................12

1.3. Phương pháp đa truy nhập.................................................................................13
1.3.1. Đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA).............................................13
1.3.2. Đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA)........................................14
1.3.3. Đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA).................................................15
1.4. Các loại dịch vụ trong thông tin vệ tinh............................................................16
1.5. Kết luận chương................................................................................................18
Chương 2: VỆ TINH ĐỊA TĨNH VÀ KỸ THUẬT TRẠM MẶT ĐẤT...................19


2.1. Giới thiệu chung................................................................................................19
2.1.1. Quá trình phát triển của thông tin vệ tinh địa tĩnh......................................19
2.1.2. Hoạt động của thông tin vệ tinh địa tĩnh....................................................20
2.2. Vệ tinh thông tin địa tĩnh...................................................................................22
2.2.1. Cấu trúc hệ thống thông tin vệ tinh địa tĩnh...............................................22

2.2.1.1. Phân đoạn không gian................................................................22
2.2.1.2. Phân đoạn mặt đất......................................................................26
2.2.1.3. Hệ thống cung cấp nguồn và điều hoà nhiệt..............................27
2.3. Kỹ thuật trạm mặt đất........................................................................................27
2.3.1. Hệ thống anten...........................................................................................27

2.3.1.1. Đặc tính, yêu cầu của anten trạm mặt đất..................................27
2.3.1.2. Phân loại anten...........................................................................28
2.3.1.3. Các thông số của anten parabol đối xứng...................................29
2.3.2. Dải thông...................................................................................................33
2.3.3. Kỹ thuật trong truyền dẫn..........................................................................34

2.3.3.1. Kỹ thuật đồng bộ:.......................................................................34
2.3.3.2. Sửa lỗi mã:..................................................................................34
2.3.4. Các thiết bị truyền dẫn số trên mặt đất.......................................................35

2.3.4.1. Số hoá tín hiệu tương tự.............................................................35
2.3.4.2. Thiết bị bảo mật (Encryption)....................................................36
2.3.4.3. Bộ mã hoá kênh (Channel Encoder)..........................................38
2.3.5. Kỹ thuật điều chế.......................................................................................38
2.4. Các thông số cơ bản trên tuyến truyền thông tin...............................................39
2.4.1. Các mức công suất.....................................................................................39

2.4.1.1 Công suất bức xạ đẳng hướng tương đương...............................39
2.4.1.2. Công suất thu..............................................................................40
2.4.2. Các loại suy hao.........................................................................................41

2.4.2.2. Suy hao do anten thu phát lệch nhau (Hình 2.23)......................41
2.4.2.3. Suy hao do không thu đúng phân cực........................................42


2.4.2.4. Suy hao do khí quyển.................................................................42
2.4.2.5. Suy hao do mưa và mây.............................................................42
2.4.3. Nhiễu trên tuyến thông tin.........................................................................46

2.4.3.1. Các nguồn nhiễu.........................................................................46
2.4.3.2. Mật độ phổ công suất tạp nhiễu N0............................................46
2.4.3.3. Nhiễu nhiệt của một nguồn nhiễu..............................................47
2.4.3.4. Hệ số nhiễu.................................................................................47
2.3.3.5. Nhiệt độ nhiễu của bộ suy hao Te...............................................48
2.4.3.6. Nhiệt độ nhiễu của phần tử tích cực...........................................48
2.4.3.8. Nhiễu nhiệt của anten TA............................................................50
2.4.3.9. Nhiễu nhiệt ở hệ thống thu.........................................................51
2.4.3.10. Tỉ lệ tín hiệu trên nhiễu tại đầu vào decoder............................51
2.4.3.11. Tỉ số năng lượng của Bit/mật độ tạp âm Eb/N0 (Energy of

Noise Density Ratio)...............................................................................52
2.5. Kết luận chương................................................................................................54
Chưong 3: HỆ THỐNG VỆ TINH VIỄN THÔNG VINASAT................................55
3.1. Tình hình chung................................................................................................55
3.1.1. Sự phát triển hệ thống thông tin vệ tinh thế giới........................................55
3.1.2. Sự phát triển hệ thống thông tinh vệ Việt Nam..........................................55
3.1.3. Thông tin về vệ tinh viễn thông VINASAT-1.............................................55
3.2. Vệ tinh viễn thông VINSAT..............................................................................56
3.2.1. Tầm quan trọng của vệ tinh VINASAT-1...................................................56

3.2.1.1. Nhà nước....................................................................................56
3.2.1.2. Doanh nghiệp.............................................................................57
3.2.1.3. Người dân...................................................................................58
3.3. Quá trình vận hành và khai thác dịch thông qua VINASAT-1...........................61
3.3.1. Trạm điều khiển vệ tinh VINASAT-1.........................................................61
3.3.2. Khai thác dịch vụ vệ tinh VINASAT-1.......................................................61
3.4. Các dịch vụ từ vệ tinh VINASAT-1...................................................................62


3.4.1. VINASAT-1 cho Bộ quốc phòng và công an..............................................62

3.4.1.1. Lựa chọn băng tần......................................................................63
3.4.1.2. Các dịch vụ của hệ thống thông tin vệ tinh quân sự...................64
3.4.2. VINASAT-1 cho các nhà cung cấp dịch vụ................................................65

3.4.2.1. Phát thanh lưu động....................................................................65
3.4.2.2. Truyền hình qua vệ tinh..............................................................66
3.4.2.3. Dịch vụ Internet băng rộng.........................................................68
3.4.2.3. Truyền hình hội nghi..................................................................70
3.4.2.4.Thông tin di động qua vệ tinh.....................................................70

3.4.2.5. VoIP và PSTN.............................................................................71
3.4.2.7. Dịch vụ phát hình MPEG-4........................................................72
3.4.2.8. Đào tại từ xa...............................................................................73
3.4.2.9. Ứng dụng vệ tinh trong khí tượng thủy văn...............................73
3.5. Dự án VINASAT-2............................................................................................74
3.6. Kết luận chương................................................................................................75
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................76


THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
ARQ
BB
BER
CDMA
D
D/C
DEM
DTH
ES
ETRP
f/d
FDMA
FEC
GPS
HDTV
HPA
IF
IP
IPS
ISDN

ITU
LNA
LO
PCM
PSDN
PSK
RF
SES
TDMA
TNVN
TTVT-QS

Automatic Repeat Repuest
Base Band
Bit Error Rate
Code Division Multiple
Access
Downlink
Down Coverter
Demodelation
Direct To Home
Elementary Stream
Equivalent Isotropic Radiated
Power
focal/diameter
Frequency Division Multiple
Access
Forward Error Conrection
Global Positioning System
High Definition Television

High Power Amplifine
Intermediate Frequency
Internet Protocol
Intrusion prevention system
Integrated services Digital
Network
International
Telecommunication Union
Low Nosie Amplifier
Local Oscillator
Pulse Code Modulation
Public switched data network
Phase shift keying
Radio Frequency
Satellite Earth Station
Time Division Multiple
Access

Phát lại tự động
Băng tần cơ bản
Tỉ lệ lỗi bít
Đa nhập cập phân chia theo mã
Tuyến xuống
Đổi tấn tuyến xuống
Giải điều chế
Phát trực tiếp đến trạm mặt đất
Trạm mặt đất
Công suất bức xạ đẳng hướng
Tiêu cự/đường kính anten parabol
Đa nhập cập phân chia theo tần số

Sửa lỗi bên thu
Hệ thống vệ tinh toàn cầu
Truyền hình số độ phân giải cao
Khuếch đại công suất cao
Trung tần
Giao thức mạng
Chống xâm nhập hệ thống
Mạng số đa dịch vụ tổng hợp
Liên đoàn viễn thông quốc tế
Khuếch đại tạp âm thấp
Dao động nội
Điều biến mã xung
Mạng chuyển mạch số công cộng
Khóa dịch pha
Tần số vô tuyến
Thu vệ tinh từ trạm mặt đất
Đa nhập cập phân chia theo thời
gian
Tiếng nói Việt Nam
Thông tin vệ tinh quân sự


TV
U
UPS
V/C
VLAN
VoIP
VSAT
VSWR

Television
Uplink
Uninterupted Power Supply
Up Coverter
virtual local area network
Voice over Internet Protocol
Very Small Aperture

Truyền hình
Tuyến xuống
Nguồn điện không bao giờ ngắt
Đổi tần tuyến xuống
Mạng LAN ảo
Đàm thoại qua internet

Thiết bị đầu cuối kích thước nhỏ
Terminals
Voltage Standing Wave Radio Hệ số sóng đứng


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Số hiệu
1.1
2.1
2.2
2.4

Tên bảng
Quy định băng tần thông tin vệ tinh

Độ lợi anten với các đường kính khác nhau ở những băng tần
chính
Lượng mưa tương ứng với tổng thời gian suy giảm tín hiệu do
mưa trung bình trong năm
Quan hệ giữa hệ số nhiễu và nhiệt độ nhiễu

Trang
5
33
43
48


DANH MỤC HÌNH VẼ
Số hiệu

Tên hình vẽ

Trang

1.1

Sơ đồ đường thông tin vệ tinh

1

1.2

Vệ tinh quỹ đạo thấp

3

1.3

Quỹ đạo vệ tinh địa tĩnh

3

1.4

Sự suy giảm của sóng vô tuyến trong không gian

5

1.5

Sơ đồ qũy đạo Holmonn

9

1.6

Hệ thống thông tin vệ tinh

10

1.7

Cấu trúc cơ bản của vệ tinh

10

1.8

Sơ đồ khối chức năng của vệ tinh

10

1.9

Sơ đồ khối chức năng trạm mặt đất
Băng thông sóng mang truyền dẫn theo kỹ thuật truy nhập

12

1.10
1.11
1.12

FDMA
Băng thông sóng mang truyền dẫn theo kỹ thuật truy nhập
TDMA
Băng thông sóng mang truyền dẫn theo kỹ thuật truy nhập

14
14
15

1.13

CDMA
Các dịch vụ qua vệ tinh

2.1

Cấu hình hệ thống thông tin vệ tinh địa tĩnh

20

2.2

Sơ đồ cấu tạo bộ phát đáp

23

2.3

Sơ đồ bộ thu băng rộng

24

2.4

Cấu hình trạm mặt đất

26

2.5

Độ rộng búp sóng anten trạm mặt đất θ3dB ≤ 1,6O

28

2.6

Các loại anten dùng trong truyền hình vệ tinh

29

2.7

Cấu trúc của anten parabol đối xứng

29

2.8

Tín hiệu phản xạ trên bề mặt anten

30

2.9

Quan hệ giữa mức năng lượng ở rìa chảo và tỉ số f/D

30

2.10

Góc bức xạ của anten, beam width 3dB

31

2.11

Mô tả quan hệ G, D và   3dB của anten parabol đối xứng

33

16


2.12

Các thành phần của một chuỗi truyền dẫn số qua vệ tinh

35

2.13

Nguyên lý truyền dẫn bảo mật

37

2.14

Nguyên lý của mã hoá kênh

38

2.15

Mô tả anten đẳng hướng

39

2.16

Anten thực bức xạ vùng A

40

2.17

Tính mức công suất thu

40

2.18

Tính suy hao thu phát

41

2.19

Suy hao do anten thu phát lệnh nhau

42

2.20

Lượng mưa trung bình (mm/h) của các vùng trên thế giới

43

2.21

Tính suy giảm do mưa của CCIR
Lượng mưa R0.01 (mm/h) vượt quá 0.01% của một năm trung

44

2.22
2.23

bình
Toán đồ xác định suy hao trên một đơn vị chiều dài trong mưa

45
46

2.24

γR (dB/Km)
Mật độ phổ công suất nhiễu N0

2.25

Xác định giá trị công suất nhiễu

47

2.26

Nhiệt độ nhiễu của hệ thống

49

2.27

Công suất nhiễu của hệ thống các mạch mắc nối tiếp

50

2.28

Nhiễu nhiệt mặt đất khi trời trong và khi mưa

50

2.29

Nhiễu từ bầu trời và mặt đất đến anten

50

2.30

Nhiệt độ nhiễu trên hệ thống thu

51

3.1

Vệ tinh VINASAT-1

59

3.2

Tầm bao phủ của sóng băng tần C

60

3.3

Tầm bao phủ của sóng băng tần Ku

60

3.4

Trung tâm điều khiển vệ tinh VINASAT-1 Quế Dương

61

3.5

Sơ đồ tổ chức mạng mặt đất TTVT-QS

64

3.6

Mô hình cung cấp dịch vụ internet qua vệ tinh

68

3.7
3.8

Sơ đồ truyền hình hội nghị
Các thành phần chính cho cơ sở hạ tầng mạng di động qua vệ

70
70

47


tinh
3.9

Sơ đồ VoIP và PSTP

71

3.10

Mô hình mạng doanh nghiệp

72

3.11

Sơ đồ phát hình MPEG-4

72

3.12

Mô hình dịch vụ đào tạo từ xa

73


LỜI NÓI ĐẦU
Thông tin vệ tinh chỉ mới xuất hiệu trong hơn bốn thập kỹ qua nhưng đã phát
triển rất nhanh chóng trên thế giới cũng như trong nước ta, mở ra cho một thời kỳ
mới cho sự phát triển trong mọi lĩnh vực khoa học cũng như đời sống nói chung và
đặc biệt ngành viễn thông nói riêng.
Ngày nay chúng ta đang sống trong một thế giới của thông tin, nhu cầu thông
tin giữa con người với con người ngày càng lớn thuận lợi hơn và hoàn hảo hơn nhờ
vào các hệ thống truyền tin đa dạng như hệ thống thông tin vô tuyến hay hệ thống
thông tin hữu tuyến. Các hệ thống này thật sự là phương tiện cực kỳ hữu ích vì nó
có khả năng kết nối mọi nơi trên thế giới để vượt qua cả khái niệm về không gian và
thời gian giúp con người gần gũi nhau hơn mặc dù quãng đường rất xa, giúp con
người cảm nhận cảm nhận được cuộc sống hiện tại của thế giới xung quanh, thông
tin qua vệ tinh không chỉ có ý nghĩa truyền dẫn đối với quốc gia, khu vực còn mang

tính xuyên lục địa như vệ tinh toàn cầu. Nhờ có vệ tinh mà quá trình truyền thông
tin diễn ra giữa các châu lục trở nên tiện lợi và nhanh chóng thông qua nhiều loại
hình dịch vụ khác nhau.
Thông tin vệ tinh đã được ứng dụng vào nước ta bắt đầu từ những năm 80 mở ra
một sự phát triển mới của viễn thông Việt Nam. Thông tin vệ tinh có nhiều ưu điểm
nổi bật là vùng phủ sóng rất rộng, triển khai lắp đặt nhanh và khả năng cung cấp
dịch vụ đa dạng cho người dụng. Nó là phương tiện hữu hiệu nhất để kết nối thông
tin liên lạc với các vùng xa xôi, biên giới, hải đảo nơi mà mạng cố định không thể
với tới được, đồng thời thông tin vệ tinh nhờ ưu điểm triển khai lắp đặt và thiết lập
liên lạc nhanh sẽ là phương tiện liên lạc cơ động giúp ứng cứu kịp thời trong các
tình huống khẩn cấp.
Trước khi có vệ tinh VINASAT-1, Việt Nam đã thuê vệ tinh của các nước khu
vực để phục vụ cho nhu cầu thông tin. Vệ tinh VINASAT-1 đưa vào sử dụng áp ứng
ngày càng tăng về trao đổi thông tin, giảm chi phí thuê vệ tinh của các nước,…mở
ra một bước tiến mới cho viễn thông Việt Nam. VINASAT-1 đang vận hành và khai
thác tốt, sử dụng gần hết công suất và Việt Nam đã có dự án VINASAT-2 sẽ được


phóng và đưa vào sử dụng trong vài năm tới. Do đó việc hiểu biết về thông tin vệ
tinh là cần thiết.
Từ những vấn đề đó mà đề tài chỉ đi sâu nghiên cứu khảo sát về hệ thống thông
tin vô tuyến mà cụ thể là hệ thống thông tin vệ tinh. Phần nội dung của đề tài được
phân bố gồm 3 chương:
Chương 1: Tổng quan hệ thống thông tin vệ tinh.
Chương 2: vệ tinh địa tĩnh và kỹ thuật trạm mặt đất.
Chưong 3: Hệ thống vệ tinh viễn thông VINASAT.
Ngoài ra còn có một phần phụ lục để bổ sung nội dung cho một số vấn đề cần
được làm sáng tỏ trong phần nội dung của đề tài.

1.1.3. Đặc điểm của thông tin vệ tinh
1.1.3.1. Vệ tinh và các dạng quỹ đạo của vệ tinh
- Khái niệm: Một vệ tinh có khả năng thu và phát sóng vô tuyến điện khi được
phóng vào vũ trụ ta gọi là vệ tinh thông tin. Khi đó vệ tinh sẽ khuếch đại sóng vô
tuyến điện nhận được 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 nhưng đặc điểm riêng, tùy theo từng loại ứng dụng mà việc
sử dụng vệ tinh cũng khác nhau.
- Quỹ đạo của vệ tinh:
Khi quan sát từ mặt đất, sự di chuyển của vệ tinh theo quỹ đạo bay người ta
thương 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 được ứng dụng trong việc nghiên cứu
khoa học, quân sự, khí tượng thủy văn, thông tin di động, …)

Quỹ đạo elip

Hình 1.2: Vệ tinh quỹ đạo thấp

 Ưu điểm:
 Phủ sóng được các vùng có vĩ độ cao > 81,3o.
 Góc ngẫng lớn nên giảm được tạp âm do mặt đất gây ra.