1. Đặc điểm thông tin vệ tinh
Ưu điểm:
- Có khả năng da truy nhập cao.
- Vùng phủ sóng rộng.
- Tính ổn định cao, chất lượng tốt.
- Có hiệu quả kinh tế cao trong thông tin cự li lớn, đặc biệt trong thông tin xuyên lục địa.
- Có thể ứng dụng trong thông tin do động.
Nhược điểm: Bị ảnh hưởng bởi mưa làm giảm chất lượng thông tin vệ tinh.
+ Dịch vụ cố định FSS: cung cấp các đường truyền kết nối cho các mạng viễn thông công cộng , mạng dùng riêng internet mạng quảng bá các chương trình phát thanh truyền hình.
+ Dịch vụ vệ tinh quảng bá : dùng để quảng bá trực tiếp đến các hộ gia đình . đôi khi coi như dịch vụ viễn thông quảng bá trực tiếp: DBSS
+ Dịch vụ vệ tinh di động: MSS gồm có dịch vụ di động trên mặt đất , trên mặt biển, và trên không.
+ Dịch vụ vệ tinh dẫn đường NSS: gồm hệ thống định vị toàn cầuGPS
+ Dịch vụ vệ tinh khí tượng MSS: cung cấp các dịch vụ nghiên cứu thời tiết, thăm dò tài nguyên khoáng sản và cứu hộ.
+ Dịch vụ vệ tinh cỡ nhỏ VSAT.
3. Quỹ đạo vệ tinh
Quỹ đạo Elip
Đặc điểm:
+ Mặt phẳng quỹ đạo nghiêng so với mặt phẳng xích đạo
+ Có viễn điểm cách Trái đất: 40 000Km
+ Có cận điểm cách Trái đất: 500Km
+ Vệ tinh quay từ Tây sang Đông.
Ưu điểm:
- Phủ sóng được các vùng có vĩ độ cao lớn hơn 81,3 độ.
- Góc ngẩng lớn nên giảm được tạp âm do mặt đất gây ra
Nhược điểm:
- Để đảm bảo thông tin liên tục 24h ta cần phải có nhiều vệ tinh.
Ứng dụng: qũy đạo elip được sử dụng làm quỹ đạo cho vệ tinh thông tin đảm bảo thông tin cho các vĩ độ lớn hơn 81.3 độ.
Quỹ đạo địa tĩnh GEO
Đặc điểm: Quỹ đạo đồng bộ với trái đất, mặt phẳng quỹ đạo nằm trong mặt phẳng xích đạo, quay từ Tây sang Đông, bán kính quỹ đạo: R = 42 164Km, độ cao của quả vệ tinh so với mặt đất: h = 35 586Km (xấp xỉ 36000Km).
- Chu kỳ quay của quỹ đạo bằng chu kỳ quay của trái đất.
- Là mặt phẳng quỹ đạo nằm trong mặt phẳng của xích đạo vì vậy góc nghiêng bằng 0 độ
Ưu điểm: vì vệ tinh được coi như là đứng yên so với mặt đất do vậy đây là quỹ đạo lí tưởng cho các vệ tinh thông tin, nó đảm bảo thông tin liên tục 24h trong ngày. Vùng phủ sóng vệ tinh lớn bằng 42,2% bề mặt trái đất, như vậy chỉ cần 3 quả vệ tinh sẽ phủ sóng toàn bộ bề mặt của trái đất.
Nhược điểm:
- Quỹ đạo điạ tĩnh là quỹ đạo tồn tại duy nhất trong vũ trụ, được coi là tài nguyên thiên nhiên có hạn, tài nguyên này đang bị cạn kiệt do số lượng vệ tinh của các nước phóng lên ngày càng nhiều.
- Không phủ sóng được các vùng có vĩ độ lớn hơn 81,3 độ.
- Chất lượng đường truyền phụ thuộc vào thời tiết
- Tính bảo mật không cao.
Ứng dụng: Dùng làm quỹ đạo cho vệ tinh thông tin ở vùng có vĩ độ nhỏ hơn 81,3 độ.
Quỹ đạo tròn tầng thấp: LEO
Đặc điểm: là quỹ đạo có độ cao 500km
Ưu điểm: tổn hao đường truyền nhỏ do vệ tinh bay ở độ cao thấp nên phù hợp với thông tin di động. trễ truyền lan nhỏ.
Nhược điểm: để đảm bảo thông tin liên tục 24h và phủ sóng toàn cầu thì cần nhiều vệ tinh.
Ứng dụng: sử dụng làm quỹ đạo cho vệ tinh thông tin, đảm bảo cho các trạm mặt đất di động.
Quỹ đạo tròn: + LEO: quỹ đạo tròn tầng thấp (500 – 20.000km)
+ MEO: quỹ đạo tròn tầng trung ( 20.000 – 80.000km)
+ HEO: quỹ đạo tròn tầng cao ( 35.000km )
4. Định luật Kepler
Định luật kepler 1.
Nội Dung: Vệ tinh chuyển động vòng quanh Trái Đất theo 1 quỹ đạo Elip với tâm trái đất nằm ở 1 trong 2 tiêu điểm của Elip
Ý nghĩa:
- Vệ tinh có thể chuyển động trên quỹ đạo elip hoặc quỹ đạo tròn
- Trái Đất nằm ở 1 trong 2 tiêu điểm
- Nếu là quỹ đạo tròn thì tâm quỹ đạo trùng với tâm hình tròn
Định luật kepler 2.
Nội Dung: Vệ tinh chuyển động theo 1 quỹ đạo với vận tốc thay đổi sao cho đường nối tâm của Trái Đất với vệ tinh sẽ quét các diện tích bằng nhau trong những khoảng thời gian bằng nhau.
S1 = S2 T1 = T2 V1# V2
Ý nghĩa:
- Càng xa Trái Đất, vệ tinh chuyển động càng chậm
- Khi vệ tinh chuyển động tròn thì vận tốc không đổi
- Vệ tinh bay ở quỹ đạo tròn có bán kính R sẽ là đạo lượng không đổi, R là khoảng cách từ vệ tinh đến trái đất. được xác định khi thực hiện lấy cân bằng giữa lực hút và lực li tâm.
Định luật kepler 3.
Nội Dung: Bình phương của chu kỳ quay tỷ lệ thuận với bậc 3 của bán kính trục lớn hình elip.
T2=ka3
Trong đó:
k: Kà hằng số có giá trị không đổi ứng với 1 vận thể xác định trên quỹ đạo. ( k nhận được từ các nhà thiên văn học.)
5. Các băng tần thường sử dụng trong thông tin vệ tinh
Dải tần số (GHz)
|
Băng tần
|
1,0 ¸2,0
|
L
|
2,0 ¸4,0
|
S
|
4,0 ¸8,0
|
C
|
8,0 ¸12,0
|
X
|
12,0 ¸18,0
|
Ku
|
18,0 ¸ 27,0
|
K
|
24,0 ¸ 40,0
|
Ka
|
40,0 ¸300,0
|
mm
|
Ý nghĩa các băng tần:
- Băng C: dùng cho các dịch vụ vệ tinh cố định. Khoảng tần số từ (4÷6GHz) được sử dụng phổ biến nhất.
- Băng L: ấn định dùng cho các dịch vụ vệ tinh di động.
- Băng X: ấn định dành riêng cho quân sự
- Băng Ku: thường ở dải tần (12÷14GHz), tuy bị suy hao lớn trong mưa nhưng được sử dụng phổ biến cho dịch vụ vệ tinh quảng bá trực tiếp.
- Băng Ka: thường ở dải tần (20÷30GHz), sử dụng cho hệ thống thông tin nội địa của một số nước: Nhật, Úc, Mỹ. Băng tần này bị suy hao lớn do mưa, nên không thích hợp cho thông tin yêu cầu hiệu quả cao.
6. Cửa sổ tần số vô tuyến
Sóng của vệ tinh khi đến hay đi đều chịu ảnh hưởng của tầng điện ly hay khí quyển. Tầng điện ly là một lớp khí loảng bị ion hóa bởi các tia vũ trụ. Cách bề mặt trái đất từ 60-400Km. Lớp mang điện này có tính chất hấp thụ và phản xạ lại sóng. Do các biến đổi trạng thái của tầng điện ly làm thay đổi gây biến thiên cường độ sóng đi vào, gọi là sựu thăng giáng. Tuy nhiên tính chất này ảnh hưởng chủ yếu với băng tần thấp, khi tần số càng ao ảnh hưởng của tầng điện ly càng ít các tần số băng sóng VIBA (1Ghz) hầu như không bị ảnh hưởng bởi sóng điện ly.Khi tần số lớn hơn 10Ghz ảnh hưởng nhiều bởi mưa.
Như vậy trong khoảng 1-10Ghz suy hao do kết hợp do tầng điện ly và do mưa nhỏ là không đáng kể, Do vậy băng tần này được gọi là cửa sổ tần số. Lúc đó nêu nằm trong của sổ tần số thì suy hao truyền dẫn có thể xem gần đúng là không suy hao trong không gian tự do.
7. Đa truy nhập trong thông tin vệ tinh
Đa truy nhập là phương pháp dùng 1 bộ phát đáp trên ệ tinh chung cho nhiều trạm mặt đất , nhằm làm tăng hiệu quả sử dụng của vệ tinh.
Yêu cầu của đa truy nhập là cần làm sao cho sóng vô tuyến phát từ các trạm mặt đất riêng lẻ không thể can nhiễu được.
a. Đa truy nhập theo tần số FDMA
Đặc điểm: mỗi trạm mặt đất phát một sóng khác nhau, có khoảng cách đủ lớn để chống nhiễu.
FDMA là phương pháp trong đó băng thông bộ phát đáp được chia thành các băng tần con, và mỗi băng tần con được ấn định trong 1 sóng mang, với kiểu đa truy nhập này các trạm mặt đất truy nhập vào bộ phát đáp 1 cách liên tục tại các sóng mang khác nhau.
Để hạn chế nhiễu kênh lân cận thì giữa các sóng mang phải có băng tần bảo vệ thích hợp giữa các sóng mang lân cận, do đó nếu băng tần bảo vệ giữa các dóng mang càng lớn thì nhiễu giữa các sóng mang giảm. nhưng tốn băng tần, được sử dụng nhiều nhất trong thông tin vệ tinh.
Ưu điểm: trạm mặt đất có cấu hình đơn ,giản dễ khai thác.
Nhược điểm: không có tính linh hoạt, sử dụng băng thông và công suất của bộ phát đáp không hiệu quả trong trường hợp số trạm truy nhập tăng lên.
b. Đa truy nhập theo thời gian (TDMA)
Đặc điểm: TDMA là phương pháp cho phép người sử dụng truy nhập 1 kênh đã được ấn định , mỗi kênh chiếm toàn bộ băng tần hệ thống , nhưng chỉ trong 1 khoảng thời gian gọi là 1 khe.
Mỗi một khung TDMA được chia ra theo thời gian mà mỗi trạm mặt đất phát đi một sóng mang trong một khe thời gian đã được phân trong một chu kỳ thời gian nhất định.
+ Phân khung TDMA
+ Cho phép thu được dung lượng lớn
+ TDMA được dựa trên việc phân chia thời gian thành các khe và giữa các khe thời gian đó có khoảng bảo vệ. Với công nghệ TDMA tất cả các trạm mặt đất trong hệ thống đều sử dụng chung tần số, tuy nhiên tại 1 thời điểm nhất định chỉ 1 trạm trong số các trạm của hệ thống được phép phát lưu lượng của nó lên vệ tinh.
Ưu điểm : cho phép sử dụng lưu lượng kênh hiệu quả hơn so với FDMA, do đó số lượng của trạm tăng lên.
Nhược điểm: yêu cầu nghiêm ngặt về mặt đồng bộ để đảm bảo sự đồng bộ mạng. giá thành 1 trạm sử dụng TDMA tốn kém.
c. Đa truy nhập theo mã (CDMA)
Đặc điểm: Mỗi trạm mặt đất sẽ truy nhập bộ phát đáp của vệ tinh cùng lúc và dùng chung một tần số trên suốt thời gian liên lạc. Phân biệt nhờ sử dụng các mã trải phổ khác nhau, nhờ đó hầu như không gây nhiễu lẫn nhau.
Ưu điểm: tránh được nhiễu và méo tín hiệu, đảm bảo được thông tin, bảo mật thông tin, ít bị ảnh hưởng các tác động của môi trường , CDMA so với TDMA đơn giản hơn nhiều do yêu cầu nghiêm ngặt về mặt đồng bộ
Nhược điểm: hiệu suất sử dụng băng thông thấp hơn so với các phương pháp đa truy nhập khác.
8. Chức năng trạm mặt đất
Nhiệm vụ và chức năng
Trạm mặt đất phát: Tiếp nhận các luồng tín hiệu ở dạng số hoặc tương tự từ mạng mặt đất hoặc từ thiết bị đầu cuối của người sử dụng, xử lý và phát lên vệ tinh ở tần số và công suất thích hợp cho sự hoạt động của một vệ tinh cụ thể.
Trạm mặt đất thu: Thu các sóng mang trên tuyến xuống của vệ tinh ở những tần số cho trước, xử lý các tín hiệu này trong trạm để chuyển nó thành tín hiệu băng gốc, sau đó cung cấp cho mạng mặt đất hoặc cung cấp trực tiếp tới máy thu đầu cuối của người sử dụng.
9. Chức năng vệ tinh:
Chức năng chính là chuyển tiếp thông tin của các trạm mặt đất
Chức năng cụ thể:
- Thu sóng mang từ các trạm mặt đất phát lên
- Khi thu, việc đầu tiên: lọc bỏ nhiễu của các hệ thống khác
- Khuếch đại tín hiệu thu được, hạn chế tạp âm và hạn chế méo tín hiệu để được tín hiệu có ích
- Đổi tần số sóng mang từ fsm đường lên thành fsm đường xuống;
- Bức xạ tín hiệu trở lại mặt đất trong băng tần và độ phân cực xác định.
Các loại anten vệ tinh:
Để có được vùng phủ sóng khác nhau anten trên vệ tinh thường sử dụng hai loại chính đó là anten loa và aten mặt phản xạ với các bộ chiếu xạ khác nhau được tiếp sóng theo các phương pháp khác nhau.
Các loại anten trạm mặt đất:
Anten parabol: Có hình parabol làm bằng các vật liệu có hệ số phản xạ cao, thường bằng nhôm hay hợp kim loại của nhôm, mặt phản xạ phải nhẵn để sóng phản xạ không bị tán xạ , tại tiêu điểm của gương parabol đặt 1 nguồn bức xạ sơ cấp (thường là 1 anten loa) gọi là bộ chiếu xạ, sao cho tâm pha của bộ chiếu xạ trung với tiêu điểm của gương.
Anten hai gương:
Nguyên lý cẫu tạo gồm hai gương , 1 gương chính chính với đường kính lớn là gương parabol, 1 gương phụ nhỏ là gương hypebol, được đặt sao cho tiêu điểm của gương trùng nhau tại F1, bộ chiếu xạ được đặt sao cho tâm pha trùng với tiêu điểm của gương phụ ảo hypebol F2.
Anten lệch :
Các anten 1 gương parabol và anten 2 gương Cassegrain có 1 nhược điểm chung là bộ chiếu xạ hay gương phụ đặt thẳng hàng với đỉnh gương làm chắn 1 bộ phận các tia sóng phản xạ từ gương chính parabol gây ra 1“miền tối ’’ phía sau gương làm giảm hệ số tăng ích , hiệu suất và tăng búp phụ . để khắc phục nhược điểm này người ta sử dụng anten lệch nghĩa là bộ chiếu xạ được đặt lệch ra ngoài hướng của các tia phản xạ từ gương parabol.
