Tóm tắt Luận văn Thạc sĩ: Thiết kế trạm anten tự động quay bám trong thông tin vệ tinh

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THƠNG
---------------------------------

LÊ THỊ HUYỀN TRANG

THIẾT KẾ TRẠM ANTEN TỰ ĐỘNG QUAY BÁM
TRONG THÔNG TIN VỆ TINH

Chun ngành: Kỹ thuật Viễn thơng
Mã số: 8.52.02.08

TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

HÀ NỘI - 2020


Luận văn đã hồn thành tại:
HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THƠNG

Người hướng dẫn khoa học
TS. NGUYỄN NGỌC MINH

Phản biện 1: TS. Ngô Đức Thiện

Phản biện 2: PGS.TS. Đinh Triều Dương

Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ
tại Học Viện Công nghệ Bưu chính Viễn thơng
Vào lúc: 11h 05 phút ngày 20 tháng 6 năm 2020

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

- Thư viện của Học Viện Cơng nghệ Bưu chính Viễn thơng


1

MỞ ĐẦU
Thông tinh 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 thơng nói riêng.
Thơng 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 thơng Việt Nam. Thơng tin vệ tin 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. Các nhà cung cấp thiết bị liên lạc vệ tinh trên thế giới đã đưa ra thị trường
nhiều chủng loại thiết bị có tính năng hỗ trợ cho việc liên lạc vệ tinh vừa di chuyển
vừa liên lạc, đó là tính năng tự bám khi di chuyển COTM (Communication On The
Move). Nguyên tắc cơ bản của COTM là được trang bị anten vệ tinh có khả năng tự
động quan bám, thiết lập đường thông tin mà không cần phải tạm dừng hoặc dừng lại
khi đang di chuyển. Một trong những thiết bị chính để đáp ứng tính năng vừa liên lạc
vừa di chuyển là hệ thống anten tự động quay bám vệ tinh. Đây là hệ thống anten có
định hướng tự động bám vệ tinh khi đang di chuyển vẫn đảm bảo liên lạc. Chính vì thế
em chọn đề tài “Thiết kế trạm anten vệ tinh tự động quay bám trong thông tin vệ
tinh”
Nội dung luận văn được trình bày thành 3 chương sau:
Chƣơng 1: Tổng quan về hệ thống thông tin vệ tinh
Chƣơng 2: Trạm mạt đất trong thông tin vệ tinh

Chƣơng 3: Xây dựng và tính tốn cấu hình trạm anten tự động quay bám
vệ tinh


2

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN VỆ TINH
1.1. Cấu trúc tổng quát
Vệ tinh

Tuyến
Tuyến lên

Trạm mặt đất

Trạm mặt đất

Hình 1. 1: Mơ hình truyền nhận thơng tin của đƣờng truyền vệ tinh
Muốn thiết lập một đường thông tin vệ tinh, trước hết phải phóng một vệ tinh lên
qũy đạo và có khả năng thu sóng vơ tuyến điện.Vệ tinh có thể là vệ tinh thụ động, chỉ
phản xạ sóng vơ tuyến một cách thụ động và không khuếch đại và biến đổi tần số. Vệ
tinh sẽ thu tín hiệu từ trạm mặt đất biến đổi, khuếch đại và phát lại đến một hoặc nhiều
trạm mặt đất khác.

1.2. Đặc điểm của thông tin vệ tinh
Thông tin vệ tinh là một trong những hệ thống truyền dẫn vô tuyến, sử dụng vệ
tinh để chuyển tiếp tín hiệu đến các trạm mặt đất. Vệ tinh có những ưu điểm:
- Cấu hình lại hệ thống mạng mặt đất đơn giản, nhanh chóng và giảm giá thành
so với các loại khác.
- Giá thành tuyến thông tin không phụ thuộc vào cự ly giữa hai trạm.

- Có khả năng thơng tin quảng bá cũng như thơng tin nối điểm
- Có khả năng băng thơng rộng.
- Ít chịu ảnh hưởng bởi địa hình của mặt đất.
- Dịch vụ thơng tin vệ tinh có băng tần rộng và có thể truyền tới bất kỳ nơi nào
trên thế giới

1.3. Băng tần thông tin vệ tinh
Thông tin vệ tinh là hệ thống thơng tin có phương thức truyền dẫn vơ tuyến, bởi
vậy việc lựa chọn và ấn định băng tần công tác cho các dịch vụ thông tin vệ tinh là rất
quan trọng. Nó phải thoả mãn hai điều kiện cơ bản:
- Không gây can nhiễu lên các hệ thống thông tin vô tuyến khác cũng như dịch
vụ thông tin vệ tinh trong mạng.
- Tổn hao truyền sóng nhỏ để giảm nhỏ kích thước và giá thành thiết bị.

1.4. Phƣơng pháp đa truy nhập trong thông tin vệ tinh
1.4.1. Đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA)
Mỗi trạm mặt đất được ấn định cho một khoảng băng tần nhất định trong băng
tần quy định chung cho hệ thống. Mỗi khách hàng hay trạm mặt đất chỉ được thu hoặc
phát lưu lượng thơng tin của mình trong băng tần đã quy định với cường độ tín hiệu
phải được cân bằng sao cho không gây can nhiễu lên nhau


3

Ưu điểm của FDMA là kỹ thuật đơn giản, độ tin cậy cao, giá thành hạ, giữa các
trạm không cần sự đồng bộ. Tuy nhiên nó cũng có nhược điểm:
- Thiếu tính mềm dẻo khi cần thay đổi dung lượng.
- Khi số truy nhập tăng do xuất hiện các sản phẩm nhiễu điều chế nên phải giảm
công suất phát của vệ tinh, nên không tận dụng được hết hiệu suất làm việc của bộ
khuếch đại.

- Phải điều khiển công suất phát của các trạm mặt đất cơng suất sóng mang tại
đầu vào vệ tinh là như nhau, để tránh hiệu ứng “bắt” (capture effect).

1.4.2. Đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA)
Phương pháp này mỗi trạm mặt đất được ấn định cho một “khe thời gian” nhất
định và trạm mặt đất chỉ được thu hoặc phát lưu lượng của trạm mình trong “khe thời
gian” quy định đó và được gọi là “cụm” (burst). Các “cụm” của một số trạm mặt đất
được sắp xếp lại trong một khoảng thời gian dài hơn gọi là khung TDMA
Đa truy nhập phân chia theo thời gian sử dụng hiệu quả hơn đối với độ rộng băng
tần và tận dụng được công suất của bộ khuếch đại công suất cao do mỗi khung TDMA
chỉ có một sóng mang . Hệ thống TDMA có tính mềm dẻo trong việc thay đổi lưu
lượng giữa các trạm chỉ cần thay đổi độ rộng “cụm” của mỗi trạm mặt đất.
Nhưng TDMA yêu cầu về trạm mặt đất phức tạp hơn FDMA, bởi vậy giá thành sẽ đắt
hơn vì phải có sự đồng bộ chính xác giữa các trạm và với vệ tinh.

1.4.3. Đa truy nhập phân chia theo không gian (SDMA)
Trong thông tin vệ tinh bằng việc phủ sóng các vùng khác nhau trên mặt đất và
phương pháp sử dụng các phân cực sóng khác nhau thì với phổ tần giống nhau có thể
sử dụng lại vài lần mà can nhiễu bị hạn chế giữa các người sử dụng.
- Phân cực: có các loại phân cực thẳng đứng (VP) và phân cực nằm ngang (HP).
Phân cực trịn có phân cực tròn bên trái (LHCP) và phân cực tròn bên phải (RHCP), có
thể được phát đi cùng tần số từ vệ tinh nhưng với hai phân cực khác nhau mà các trạm
mặt đất thu đúng tín hiệu của trạm mình mà khơng bị can nhiễu do sử dụng các anten
thu có phân cực khác nhau.
- Vùng phủ sóng: Có bốn dạng phủ sóng cơ bản đó là: phủ sóng tồn cầu; phủ
sóng bán phủ sóng khu vực là vùng phủ sóng một khu vực khá lớn như bắc Mỹ, châu
Âu hoặc Đơng nam á và vùng phủ sóng “đốm”.

1.4.4. Đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA )
Trong CDMA mỗi trạm phát sử dụng một mã giả ngẫu nhiên duy nhất để trải phổ

tín hiệu phát. Phía thu mỗi trạm mặt đất thu trong mạng phải có mã tạp âm giả ngẫu
nhiên (PN) giống hệt nhau để khôi phục lại và chọn ra thơng tin. Những mạng khác có
thể làm việc đồng thời trong cùng phổ tần nhưng với mã khác nhau thì sẽ khơng gây
can nhiễu.
Đa truy nhập phân chia theo mã có các ưu điểm:
- Đơn giản vì khơng u cầu đồng bộ giữa các trạm
- Bảo mật, ít can nhiễu, có khả năng làm việc với C/N rất thấp.
- Sử dụng ít tần số, giá thành các trạm mặt đất thấp.

1.5. Phân hệ thông tin vệ tinh
Chức năng của một vệ tinh thông tin là thu tín hiệu cao tần (RF) từ mặt đất
khuếch đại chúng và sau đó phát trở lại mặt đất.


4

Hình 1. 2: Phân hệ thơng tin của vệ tinh
Các chức năng chính của phân hệ thơng tin là:
- Thu các tín hiệu vơ tuyến ở băng tần và phân cực cho trước của các trạm mặt
đất trong mạng có liên quan. Các trạm này phải nằm trong vùng phủ sóng của vệ tinh
với một góc quy định, góc này phụ thuộc độ rộng búp sóng anten.
- Loại bỏ can nhiễu
- Khuếch đại các tần số thu được và hạn chế tạp âm - Biến đổi tần số sóng mang
thu ở đường lên thành tần số phát trở lại mặt đất ở đường xuống.
- Bảo đảm mức công suất phát xuống trong băng tần quy định từ anten phát trong
khoảng vài chục đến vài trăm Wat.
- Phát tín hiệu vơ tuyến trong băng tần và loại phân cực đã cho xuống vùng phủ
sóng yêu cầu trên mặt đất.

5

CHƢƠNG 2. TRẠM MẶT ĐẤT TRONG THÔNG TIN VỆ
TINH
2.1. Tổng quan trạm mặt đất
Một trạm mặt đất bao gồm: thiết bị thông tin, thiết bị truyền dẫn mặt đất, thiết
bị cung cấp nguồn và hệ thống TT&C vệ tinh. Thiết bị thông tin trong trạm mặt đất
như: anten, thiết bị thu và phát sóng siêu cao tần, các bộ biến đổi tần tuyến lên và
tuyến xuống, hệ thống xử lý tín hiệu, hệ thống thiết bị băng tần cơ bản, hệ thống
bám vệ tinh…

Hình 2.1: Cấu hình trạm mặt đất

2.2. Anten trạm mặt đất
2.2.1. Các loại anten trạm mặt đất
Có nhiều loại anten khác nhau có thể sử dụng ở trạm mặt đất. Tuỳ theo tiêu
chuẩn từng loại trạm mà đường kính của anten thu - phát trạm mặt đất thơng thường
có đường kính từ 0.6 ÷ 30 m.
2.2.1.1 Anten Parabol có sơ cấp đặt tại tiêu điểm

Hình 2. 2: Anten phản xạ parabol


6

Đây là loại anten có cấu trúc đơn giản nhất và giá thành thấp nhất, nó được
dùng chủ yếu cho các trạm chỉ thu và các trạm nhỏ đặc biệt với dung lượng thấp.
Tuy nhiên, các đặc tính của nó như hệ số tăng ích, búp sóng phụ khơng được tốt.
Một nhược điểm nữa là cáp đấu nối từ loa thu đến máy phát và máy thu thường dài.
Bởi vậy nó khơng được sử dụng ở các trạm mặt đất thơng thường.

2.2.1.2. Anten Cassegrain

Hình 2. 3: Cấu hình gƣơng Cassegrain
Loại anten này có thêm một gương phản xạ phụ vào gương phản xạ chính, hệ
số tăng ích của anten được nâng lên và đặc tính búp sóng phụ cũng được cải thiện
chút ít. Anten Cassegrain được sử dụng cho các trạm bình thường vừa thu vừa phát
có quy mơ trung bình.

2.2.1.3. Anten lệch (bù)
Anten lệch có bộ phận fiđơ, gương phản xạ phụ được đặt ở vị trí lệch một ít so
với hướng trục chính của gương phản xạ chính để các bộ phận fiđơ và gương phản
xạ phụ không che chắn các đường đi của sóng phản xạ từ gương chính.
Anten lệch có 2 loại chính:
- Loại anten parabol lệch một gương phản xạ.
- Loại anten Gregorian có gương phản xạ phụ dạng elíp hoặc hypebol.

Hình 2. 4: Anten lệch
2.2.2. Hệ thống bám vệ tinh
Mặc dù vệ tinh được đặt trên quỹ đạo địa tĩnh, nhưng vị trí của chúng luôn
thay đổi ±0.050 theo các hướng Đông, Tây, Bắc, Nam. Vì vậy, cần điều khiển anten
trạm mặt đất bám theo vệ tinh. Hệ thống bám vệ tinh có các loại:


7

- Hệ thống xung đơn (hay còn gọi là hệ thống bám liên tục): Hệ thống này
luôn luôn xác định tâm búp sóng anten có hướng đúng vào vệ tinh hay không để
điều khiển hướng của anten.
- Hệ thống bám từng nấc: hệ thống này dịch chuyển nhẹ vị trí anten ở các

khoảng thời gian nhất định để điều chỉnh hướng anten sao cho mức tín hiệu thu
được là cực đại.
- Hệ thống điều khiển theo chương trình: hệ thống này điều khiển anten dựa
trên cơ sở dự đoán trước về quỹ đạo vệ tinh.

2.2.3. Hệ số tăng ích của anten
Hệ số tăng ích của anten là một thơng số quan trọng, quyết định không
những chất lượng của anten mà cả chất lượng và quy mô của trạm mặt đất. Hệ số
tăng ích của anten (G) được tính theo cơng thức:
G = 4π.A.η/λ2

2.2.4. Góc độ rộng búp sóng
Góc độ rộng búp sóng là góc hợp bởi hướng có một hệ số tăng ích đã cho với
hướng hệ số tăng ích cực đại. Độ rộng búp sóng 3dB là góc θ3dB thường được sử
dụng nhiều. Độ rộng búp sóng 3 dB là góc hợp bởi hai hướng mà ở đó hệ số tăng
ích giảm đi một nửa so với hệ số tăng ích ở hướng cực đại. Với các luật chiếu xạ
khơng đều thì dẫn đến suy hao tại rìa của bộ chiếu xạ làm cho độ rộng búp sóng 3
dB tăng và giá trị của hệ số phụ thuộc vào các tính chất riêng của luật chiếu xạ. Giá
trị sử dụng hiện tại là 700, và độ rộng búp sóng sẽ được biểu thị:
θ3dB = 70(λ/d) = 70(c/fd) (độ)
Ở hướng α so với hướng trục (hướng cực đại) thì hệ số tăng ích của anten
được tính theo cơng thức:
G(α)dB = GdB – 12(α/θ3dB)2 (dB)

2.3. Bộ khuếch đại tạp âm thấp (LNA)
Bộ khuếch đại tạp âm thấp LNA có một vai trò rất quan trọng trong trạm mặt
đất để vừa khuếch đại tín hiệu lên vừa khơng làm giảm chất lượng tín hiệu.
Các yêu cầu kỹ thuật đối với bộ khuếch đại tạp âm thấp:
- Bộ LNA có ảnh hưởng quan trọng đến hệ số phẩm chất G/T của trạm mặt đất
vì bộ LNA đóng vai trị quyết định tạo nên nhiệt độ tạp âm hệ thống, bởi lẽ nó là tầng

khuếch đại đầu tiên trong tuyến thu.
- Mức đầu ra tín hiệu phải nhỏ hơn mức bão hồ của bộ khuếch đại tối thiểu
là 20 dB nhằm giảm tối đa các thành phần nhiễu điều chế tương hỗ trong LNA.
- Băng tần của LNA phải đủ rộng để bao phủ băng tần cơng tác của vệ tinh.
- Vị trí lắp đặt LNA càng gần đầu thu càng có lợi về mức tín hiệu vì giảm tạp
âm và suy hao do giảm được chiều dài ống dẫn sóng.
Các loại khuếch đại tạp âm thấp LNA:
- Khuếch đại GaAs - FET


8

- Khuếch đại thông số
- Khuếch đại HEMT gần đây đã được đưa vào sử dụng trong thực tế.

2.4. Bộ đổi tần (FC)
2.4.1. Giới thiệu chung
Các trạm mặt đất vệ tinh thơng tin thực hiện nhiệm vụ thu tín hiệu cao tần
RF từ vệ tinh và phát lại tín hiệu cao tần RF lên vệ tinh, nên chúng phải sử dụng các
bộ đổi tần tuyến lên U/C và đổi tần tuyến xuống D/C. Khi thực hiện nhiệm vụ thu
tín hiệu cao tần, sử dụng bộ đổi tần tuyến xuống D/C để biến đổi tín hiệu cao tần RF
thu từ vệ tinh thành tín hiệu trung tần IF. Sử dụng bộ đổi tần lên khi thực hiện
nhiệm vụ phát tín hiệu cao tần lên vệ tinh để biến đổi tín hiệu trung tần IF thành tín
hiệu cao tần RF.
Nguyên lý của bộ đổi tần là dùng thiết bị trộn (Mixer) để trộn tín hiệu vào với
tín hiệu dao động nội. Yêu cầu đối với bộ đổi tần là:
- Bộ dao động nội phải có tần số ổn định rất cao vì nó quyết định đặc tính biên
độ và pha của tín hiệu ra.
- Độ rộng băng tần của bộ đổi tần phụ thuộc vào tần số trung tần IF đến hoặc
tự nó cung cấp.

2.4.2. Các bộ đổi tần kép
Thành phần chính của bộ đổi tần tuyến lên U/C và bộ đổi tần tuyến xuống
D/C gồm: Một bộ lọc RF; Hai bộ trộn tầng; Hai bộ dao động nội; Bộ khuếch đại IF;
Bộ lọc IF; Bộ cân bằng trễ nhóm.

2.4. 3. Bộ dao động nội (LO)
Các bộ dao động nội phải có đặc tính là tần số tạp âm thấp tại các tần số tín
hiệu dải tần cơ sở để tuân theo các yêu cầu chung trong thiết bị tạp âm trạm mặt đất.

2.5. Bộ khuếch đại công suất cao (HPA)
Chức năng cơ bản của một bộ khuếch đại công suất cao HPA trong một trạm
mặt đất là khuếch đại các sóng mang cao tần RF ở mức thấp được cung cấp bởi các
thiết bị truyền thông mặt đất phát thành mức công suất đủ cao để đưa ra anten phát
lên vệ tinh. Phân loại các bộ khuếch đại công suất cao:
- Các đèn sóng chạy (TWT), Klystron (KLY), transistor hiệu ứng trường
(FET) hiện có trên thị trường có thể dùng trong bộ khuếch đại công suất cao tuỳ
theo công suất ra của máy phát và băng tần.
Có hai loại khuếch đại công suất cao:
- Một máy phát khuếch đại đồng thời nhiều sóng mang
- Mỗi sóng mang được khuếch đại riêng bằng một bộ khuếch đại công suất
cao.


9

Hình 2. 5: Cấu hình của bộ khuếch đại cơng suất cao

2.6. Kỹ thuật điều chế và giải điều chế tín hiệu
Điều chế tín hiệu là biến đổi tin tức cần truyền sang một dạng năng lượng

mới có quy luật biến đổi theo tin tức và thích hợp với mơi trường truyền dẫn. Có hai
loại điều chế:
- Điều chế tương tự: thường dùng kiểu điều chế điều tần FM
- Điều chế số: Kỹ thuật điều chế số được sử dụng trong thông tin vệ tinh
thường là điều chế dịch mức pha PSK và điều chế dịch mức pha vi sai DE-PSK.
Ưu điểm của kỹ thuật điều chế số là nó khai thác được các mặt mạnh của tín
hiệu số so với tín hiệu tương tự, ít bị can nhiễu của mơi trường và dễ kết hợp với
các q trình xử lý như: mã hoá, bảo mật, chống lỗi, sửa lỗi.

2.7. Kỹ thuật đa truy nhập
Thông tin vệ tinh là một hệ thống thông tin vô tuyến điểm đến đa điểm,
nghĩa là một vệ tinh có thể thơng tin với nhiều trạm mặt đất, vì vậy phải sử dụng
phương pháp đa truy nhập để tiết kiện tài nguyên. Kỹ thuật đa truy nhập là kỹ thuật
các trạm mặt đất truy nhập bộ phát đáp vệ tinh, với u cẩu sóng vơ tuyến điện từ
các trạm mặt đất riêng lẻ không can nhiễu với nhau.

2.7.1. Các vấn đề về lưu lượng
2.7.1.1. Định tuyến lưu lượng
Vấn đề đặt ra ở đây là ta cần đưa ra yêu cầu về lưu lượng của một mạng N
trạm, làm thế nào để định tuyến lưu lượng trong mạng. Để thực hiện điều này ta cần
phải thiết lập một dung lượng chuyển tải thơng tin thích hợp giữa hai trạm. Ví dụ,
đối với một mạng chứa 3 trạm (X=A, B, C; Y=A, B, C):

Bảng 2.1: Ví dụ bảng dữ liệu định tuyến
Có thể có hai giải pháp:


10

- Thiết lập mỗi sóng mang một tuyến (Hình 2.7a)

- Thiết lập mỗi sóng mang một trạm phát (Hình 2.7b)

Hình 2. 6: Định tuyến lƣu lƣợng a) Mỗi sóng mang một tuyến b) Mỗi sóng
mang một trạm phát
Trong phương pháp định tuyến “một sóng mang trên một tuyến” dẫn đến
nhiều sóng mang hơn so với phương pháp “mỗi sóng mang trên một trạm phát” và
mỗi sóng mang có dung lượng nhỏ hơn. Phương pháp “mỗi sóng mang trên một
trạm phát” thường được sử dụng nhiều.

2.7.2. Kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA)
Đây là phương pháp sử dụng rộng rãi nhất. Trong hệ thống này mỗi trạm mặt đất
có dùng riêng một tần số phát khơng trùng với các trạm khác sao cho khoảng cách
tần số giữa các trạm không bị chồng lấn lên nhau.
- FDM/FM/FDMA
- TDM/PSK/FDMA
- SCPC/FDMA


11

Hình 2.7: Kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA)
Tóm lại phương pháp đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA) được đặc
trưng bởi sự truy nhập liên tục tới vệ tinh trong một băng tần cho trước. Kỹ thuật
này có lợi thế là tính đơn giản và dựa vào các thiết bị đã được kiểm nghiệm. Tuy
nhiên, nó có một số nhược điểm:
- Thiếu linh hoạt trong trường hợp tái cấu hình.
- Tổn thất dung lượng khi số lượng truy nhập tăng lên
- Cần phải điều khiển công suất phát của các trạm mặt đất theo một cách sao
cho các cơng suất sóng mang tại đầu vào vệ tinh là như nhau.

2.7.3. Kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA)
Các trạm mặt đất phát một cách gián đoạn trong khoảng thời gian TB. Truyền
dẫn này gọi là truyền dẫn từng khối (burst). Một khối truyền được chèn vào trong
cấu trúc giới hạn thời gian TF gọi là chu kỳ một khung và điều này tương ứng với
cấu trúc thời gian tuần hoàn trong tất cả các trạm phát.

Hình 2. 8: Hoạt động của một mạng theo nguyên lý TDMA
- Tạo khối bit
-. Cấu trúc khung
- Hiệu suất của TDMA

2.7.3.4. Kết luận
Đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA) được đặc trưng bằng việc
truy nhập kênh trong một khe thời gian. Điều này có những ưu:
- Tại mỗi thời điểm kênh chỉ khuếch đại một sóng mang duy nhất.
- Hiệu suất truyền dẫn vẫn cao dù số lượng truy nhập là rất lớn.
- Không cần phải khống chế công suất phát của các trạm.
Tuy nhiên, TDMA cũng có những nhược điểm nhất định:
- Cần phải đồng bộ hoá để đảm bảo hoạt động của tồn mạng.
- Cần mở rộng kích thước của trạm để phát tại hiệu suất cao.

2.7.4. Đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA)


12

Với phương pháp CDMA, sóng mang của trạm vệ tinh đầu cuối được nhân
với một bộ mã và trải phổ ra trên toàn bộ băng tần sử dụng chung với các trạm đầu
cuối khác. Mỗi trạm được cấp một mã trải phổ khác nhau mà không bị khôi phục lại
ở các trạm đầu cuối khác. Có hai kỹ thuật được sử dụng trong CDMA:

- Trải phổ trực tiếp (DS).

Hình 2.9: Trải phổ trực tiếp (DS-CDMA)
- Trải phổ nhảy tần

Hình 2.10: Trải phổ nhảy tần (FH-CDMA)
Đa truy nhập phân chia theo mã CDMA có các ưu điểm sau đây:
- Hoạt động đơn giản, không cần sự đồng bộ truyền dẫn nào giữa các trạm.
Đồng bộ duy nhất là đồng bộ của máy thu với chuỗi của sóng mang thu được.
- Cung cấp các thuộc tính hữu ích để chống lại can nhiễu từ các hệ thống
khác và can nhiễu do hiện tượng đa đường truyền.
Nhược điểm chính là hiệu suất thấp; một dải thông rộng của đoạn không gian
được sử dụng cho một tổng dung lượng mạng thấp so với dung lượng của một sóng
mang đơn khơng được giãn phổ.

2.8. Các thiết bị truyền dẫn số của trạm mặt đất
Truyền dẫn số liên quan đến các tuyến thông tin vô tuyến mà các đầu cuối
khách hàng của chúng tạo ra các tín hiệu số.


13

Hình 2.11: Các thành phần của một chuỗi truyền dẫn số qua vệ tinh

2.8.1. Số hố tín hiệu tương tự
Số hố tín hiệu tương tự bao gồm 3 giai đoạn: Lấy mẫu; Lượng tử hóa; Mã
hóa nguồn.

2.8.2. Thiết bị ghép kênh phân chia theo thời gian TDM
Ghép kênh phân chia theo thời gian (TDM) bao gồm việc đặt xen đúng nhịp

các bit liên quan đến các tín hiệu khác nhau. Đối với ghép kênh điện thoại số, hai
kênh mà CCITT G.732 và G.733 khuyến nghị được sử dụng rộng rãi nhất - tiêu
chuẩn Châu Âu của CEPT và tiêu chuẩn “sóng mang T” được sử dụng ở Nhật Bản
và Bắc Mỹ (Hoa Kỳ và Canada).

2.8.3. Thiết bị bảo mật (Encryption)
Thiết bị bảo mật được sử dụng khi muốn ngăn chặn việc khai thác, hoặc can thiệp
vào các tin tức được phát của những người dùng khơng được phép

Hình 2. 12: Nguyên lý truyền dẫn bảo mật
Hai kỹ thuật được sử dụng trong thiết bị bảo mật là:
- Bảo mật trực tuyến (mật mã luồng)
- Bảo mật theo khối (mật mã hoá khối)

2.8.4. Bộ mã hoá kênh (Channel Encoder)
Mã hoá kênh có mục đích cộng thêm các bit dư thừa vào các bit thông tin.
Các bit dư thừa này sẽ được dùng tại máy thu để phát hiện và sửa sai.


14

Hình 2.13:Kỹ thuật mã hóa kênh

2.8.5. Bộ tiêu tán năng lượng
Sử dụng các kỹ thuật tiêu tán năng lượng nhằm hạn chế can nhiễu giữa các
hệ thống thông tin vô tuyến dùng chung các băng tần như nhau. Nguyên tắc tiêu tán
năng lượng là tạo ra một luồng nhị phân điều chế có các thuộc tính ngẫu nhiên, bất
chấp cấu trúc của luồng nhị phân chứa thông tin này. Hoạt động này được thực hiện
tại máy phát trước khi điều chế, gọi là sự xáo trộn . Khi thu, hoạt động ngược lại,
được thực hiện sau khi giải điều chế, gọi là bỏ xáo trộn. Hình dưới trình bày một ví

dụ của việc thực hiện xáo trộn và bỏ xáo trộn.

Hình 2. 14: a) Bộ xáo trộn b) Bộ bỏ xáo trộn (phục hồi xáo trộn)


15

CHƢƠNG 3. XÂY DỰNG VÀ TÍNH TỐN CẤU HÌNH TRẠM
ANTEN VỆ TINH TỰ ĐỘNG QUAY BÁM TRONG THÔNG TIN
VỆ TINH
3.1. Giới thiệu chung
Về cơ bản trạm anten tự động qay bám trong thơng tin vệ tinh bao gồm một anten
có tính năng tự động quay bám, một bộ khuếch đại công suất cao, một bộ khuếch đại tập
âm thấp và chuyển đổi tần xuống, modem vệ tinh và nguồn. Để kết nối làm việc được
các thiết bị phải làm việc trên cùng băng tần, modem phải tương thích đồng bộ với nhà
mạng cung cấp dịch vụ. Trong chương này sẽ đi sâu trình bày một số loại anten, modem
hiện nay, bộ khuếch đại công suất, bộ khuếch đại tạp âm thấp … hiện nay trên thị trường
đang sử dụng.

3.2. Lựa chọn Antena
Để giao tiếp với vệ tinh, ăng ten cần hỗ trợ tần số băng C, Ku và K. Có phân
cực hoạt động linh hoạt như phân cực chéo hay cùng phân cực. Khả năng điều chỉnh
của ăng-ten cần linh hoạt, cả góc phương vị, góc ngẩng ăng ten, hỗ trợ nhiều tùy
chọn búp sóng. Vật liệu chế tạo ăng ten cần bền bỉ với mơi trường khắc nhiệt như
gió bão, nhiệt độ cao, nhiệt độ thấp, băng tuyết, không khí ơ nhiễm, độ ẩm cao,
lượng mưa lớn. Để hỗ trợ việc dễ lắp đặt và di chuyển, ăng ten phải chống chịu va
đập tốt, có kích thước khơng cồng kềnh và khối lượng nhẹ.
* Anten Skyware Global

16

Đây là dịng ăng-ten có kích thước tương đối nhỏ gọn với đường kính 1.2 m.
Băng tần hỗ trợ của ăng-ten này là băng Ku với băng tần số phát 13.75 - 14.5 GHz
và băng tần số thu 10.70 - 12.75. Đầu vào tín hiệu cho ăng-ten hỗ trợ cả cùng phân
cực hoặc ngược phân cực. Phạm vi điều chỉnh góc phương vị là 360 ° liên tục; điều
chỉnh tốt 20 °. Phạm vi điều chỉnh góc ngẩng ăng-ten 7°- 84°.
* Anten ACS - COTM 300

Anten ACS - COTM300 là hệ thống anten có định hướng tự động bám vệ tinh
khi di chuyển lên đến 160 km/h vẫn đảm bảo liên lạc, khả năng chiu đựng sức gió
195km/h. Loại anten COTM sử dụng băng tần Ku với kích thước và trọng lượng
nhỏ, gọn, anten dễ dàng tích hợp lên xe ô tô, đường kính anten 0,92m, băng tần làm
việc Ku (14-11 GHz), phân cực tuyến tính, tự động điều khiển phân cực; Góc ngẩng
từ 20 dến 70 độ; Góc phương vị 60 độ

3.3. Bộ chuyển đổi đƣờng lên và khuyếch đại cơng suất (HPA)
Trong phần này, em xin trình bày một mô-đun cho thiết kế bộ khuếch đại công
suất 4-W class-F nhỏ gọn. Phần tử tích cực được chọn là thiết bị chip TGF2023-01
GaN HEMT từ TriQuint với chiều dài và chiều rộng cổng lần lượt là 0,25 μm và 1,25
mm; . Điện áp cung cấp cho Drain được chọn là 28V.
TriQuint cung cấp mơ hình tín hiệu lớn của TGF2023-01, Hình 3.1.


17

Hình 3. 1: Mơ hình IC
Sau khi tính tốn đối chiếu, sử dụng mơ hình mơ hình EEHEMT mơ phỏng
các tham số S, Mạch shunt RC được kết nối với cổng gate để đảm bảo sự ổn định
của thiết bị hoạt động, sử dụng mạch hòa hợp trở kháng Class-F và mạch tương

đương tại tần tần số cơ bản, ta tính tốn độ lợi cơng suất tối đa và sự ổn định của bộ
khuếch đại công suất tần tần số thiết kế 13.75 - 14.5 GHz, hệ số bức xạ S21 tương
ứng với độ lợi công suất của bộ khuếch đại đạt cỡ 20 dB, hệ số phản xạ S11 dưới 10 dB. Trên toàn dải tần, bộ khuếch đại công suất được thiết kế đạt độ ổn định lớn
hơn 1 theo yêu cầu.
Kết quả mô phỏng công suất đầu ra và PAE bộ khuếch đại cơng suất

Hình 3.10: Kết quả mô phỏng S11, S21 và độ ổn định của bộ khuếch đại
công suất


18

Hình 3.11: Kết quả mơ phỏng cơng suất đầu ra và PAE bộ khuếch đại công
suất

3.3. Bộ chuyển đổi đƣờng xuống và khuyếch tạp âm thấp (LNB)
Bộ khuếch đại tạp âm thấp thường được đặt ở đầu trước của máy thu và đóng
vai trị khuếch đại tín hiệu thu được yếu.

- Xác định hệ số phản xạ đầu vào và đầu ra
- Độ khuếch đại công suất
- Độ lợi công suất bộ chuyển đổi
- Độ khếch đại công suất khả dụng
- Độ lợi một phía

3.4. Modem vệ tinh
Có rất nhiều loại modem vệ tinh có hỗ trợ giao tiếp Ethernet, đồng thời cũng
hỗ trợ dải tần phù hợp cho trạm BTS chuyên dụng. Tiêu biểu là thiết bị như sau:

19

- iDirect Evolution X1 DVB-S2
- NS300X Professional
- Newtec Elevation Series EL478
- COMTECH CDM625A Advanced
- Modem Hughes HX 280
Các modem đều tích hợp hệ thống được tích hợp bộ điều chế (hướng phát),
giải điều chế (hướng thu),với kiểu điều chế QPSK hoặc tương đương, có khả năng
thay đổi tốc độ hướng phát , có các tính năng điều khiển và giám sát từ xa….

3.6. Đo đạc và tính tốn
Chương trình được thiết kế bằng Labview có lưu đồ thuật tốn như sau:

Hình 3.25: Lưu đồ thuật tốn Labview
Khối Input chứa các dữ liệu nhận được được biểu diễn dưới dạng số phức.
Luồng dữ liệu được đưa qua bộ lọc Bandpass là bộ lọc thơng dải nhằm thu hẹp tín
hiệu tần số sóng mang. Dữ liệu được đưa vào Labview thơng qua cable với tốc độ
lấy mẫu là 2MS/s và được tính tốn và điều khiển thơng qua chương trình được
thiết kế trên Labview. Sau khi xây dựng chương trình điều khiển thiết bị được đưa
vào để mơ phỏng thử nghiệm.

Hình 3. 1: Phổ công suất truyền đạt của antena. Công suất cài đặt ở mức tối đa,
kết quả mô phỏng cho công suất đầu ra là 120mW


20

Hình 3. 2: Phổ cơng suất tín hiệu nhận đƣợc tại thiết bị đầu cuối USRP với
công suất truyền là 20,8dBm, cơng suất nhận là -16dBm

Q trình mơ phỏng cho antenna thu xoay từ 900 đến 1200 và từ 900 đến 600.
Ngồi ra cơng suất truyền được thay đổi từ đó thiết bị chủ động điều chỉnh hướng
xoay phù hợp.

Bảng 4: Đo kiểm DOA (direction of arrival) của tín hiệu sử dụng USRP


21

Sai số khi đo đạc DOA


22

Tính tốn DOA với các cơng suất nhận được khác nhau

Hình3.28: Phổ cơng suất tín hiệu nhận được tại thiết bị đầu cuối US


23

KẾT LUẬN
Nội dung luận văn đã trình bày một cách tổng quan về hệ thống thông tin, kỹ
thuật trạm mặt đất. Các phương pháp truy nhập trong thông tin vệ tinh, phân tích ưu
nhược điểm của các phương pháp đa truy nhập trong thông tin vệ tinh. Kỹ thuật
trạm mặt đất, các loại anten thông tin vệ tinh, modem vệ tinh. Ngồi ra, luận văn đã
phân tích đánh giá thiết kế bộ chuyển đổi đường lên và khuyếch đại công suất và
tính tốn các thơng số thuật bộ chuyển đổi đường xuống và khuyếch tạp âm thấp đối
với anten tạm anten thu phát là rất quan trọng. Từ đó tính tốn thiết kế cấu hình
trạm anten vệ tinh tự động quay bám hiệu quả phù hợp với nhu cầu sử dụng và chi

phí đầu tư.
Hướng nghiên cứu tiếp theo của luận văn sẽ tập trung vào nghiên cứu kỹ
thuật, thuật tốn quay bám của anten và mơ phỏng tính tốn một trạm anten cụ thể
để đánh giá hiệu quả tính năng của trạm anten vệ tinh tự động quay bám trong thông
tin vệ tinh.