Chương 1. Đặc trưng lỗi của đường truyền vệ tinh 1. Lịch sử phát triển và ưu nhược điểm của truyền thông vệ tinh 1. Lịch sử phát triển của truyền thông vệ tinh Người đầu tiên đã nghĩ ra vệ tinh nhân tạo dùng cho truyền thông là nhà viết truyện khoa học giả tưởng Arthur C.
Ông đã nghiên cứu về cách phóng các vệ tinh, quỹ đạo của chúng và nhiều khía cạnh khác cho việc thành lập một hệ thống vệ tinh nhân tạo bao phủ thế giới. Ông cũng đề xuất việc sử dụng 3 vệ tinh địa tĩnh (geostationary) cho một hệ thống viễn thông, đủ để phủ sóng cho toàn bộ Trái Đất. Vệ tinh nhân tạo đầu tiên là SPUTNIK 1 được Liên bang Xô viết phóng lên ngày 4 tháng 10 năm 1957 đã chứng minh cho ý tưởng của Arthur C. Sự kiện này là một là động lực thúc đẩy lớn lao đối với truyền thông vệ tinh của cả thế giới.
Về mặt công nghệ, SPUTNIK không thể so sánh được với các vệ tinh hiện đại ngày nay. Nó chỉ đơn thuần phát ra các tín hiệu radio “bíp bíp” một cách đều đặn. Thế nhưng, đó quả thực là một bước tiến to lớn của con người trong việc chinh phục không gian. Chỉ ba năm sau vào năm 1960, vệ tinh ECHO của Mĩ trở thành vệ tinh truyền thông thực thụ đầu tiên của nhân loại với khả năng tiếp nhận và phản hồi lại các tín hiệu radio.
Tiếp theo ECHO, vệ tinh địa tĩnh đầu tiên SYNCOM ra đời năm 1963 với ưu điểm lớn nhất là giữ được vị trí tương đối cố định so với mặt đất. Khả năng tuyệt vời này đặt nền tảng cho việc phủ sóng các chương trình thời sự toàn nước Mĩ tại thời đó. Sau đó, hàng loạt các vệ tinh thương mại được đưa lên quỹ đạo như INTELSAT-1, vệ tinh nặng 68 kg này cung cấp 240 kênh điện thoại song công tương đương với một kênh truyền hình. Vệ tinh INTELSAT-2 và INTELSAT-3 với số kênh thoại lên tới 1200 kênh.
Tới năm 1976 ra đời của MARISAT cung cấp dịch vụ truyền thông cho các phương tiện giao thông đường thủy, từ đó người ta thấy các ăng-ten parabol bắt đầu xuất hiện trên tầu thuyền, giúp các tầu thuyền có thể liên lạc thường xuyên với nhau và liên lạc với đất liền trong các hành trình khắp nơi trên thế giới. Hệ thống điện thoại vệ tinh di động đầu tiên, INMARSAT-A, được giới thiệu vào năm 1982. Sáu năm sau là INMARSAT-C. Đến năm 1993, các hệ thống điện thoại vệ tinh được số hóa toàn bộ.
Năm 1998 đánh dấu thế hệ truyền thông vệ tinh mới với sự ra đời của các tổ hợp vệ tinh Iridium, đây là dự án đầy tham vọng của Motorola nhằm xây dựng một hệ thống vệ tinh thông tin di động phủ sóng khắp toàn cầu. Ban đầu dự án Iridium được thiết kế bao gồm 77 vệ tinh tạo thành một mạng lưới mà khi hoàn thành sẽ cho phép 2 điểm bất kỳ trên trái đất có thể liên lạc được với nhau. Tên của hệ thống (Iridium) được đặt theo tên của nguyên tố thứ 77 trong bảng hệ thống tuần hoàn, 77 vệ tinh quay quanh trái đất như 77 electron quay quanh hạt nhân nguyên tố Iridium. Khi triển khai thực tế, vì lý do kinh tế nên số vệ tinh được tính toán lại TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 10 và chỉ còn là 66 vệ tinh, tuy nhiên tên của hệ thống vẫn được đặt như ban đầu.
Khi đưa vào vận hành, hệ thống vệ tinh Iridium đã được coi như một thành tựu sáng chói của khoa học kỹ thuật. Một hệ thống vệ tinh đáng chú ý khác là hệ thống Globalstar, với 48 vệ tinh cung cấp các kênh truyền thương mại cho thấy sự phát triển thật ấn tượng của truyền thông vệ tinh chỉ sau hơn 30 năm kể từ ngày ra đời. Ứng dụng của truyền thông vệ tinh Hiện nay, vệ tinh được sử dụng trong các lĩnh vực sau: � Nghiên cứu khoa học: Do có diện tích quan sát rộng nên vệ tinh đã được sử dụng rộng rãi trong nghiên cứu trái đất, môi trường cũng như dự báo thời tiết. Sử dụng các công nghệ hiện đại, vệ tinh còn có khả năng nhìn sâu vào trong lòng đất phục vụ các nghiên cứu địa chất, thăm dò tài nguyên.
Ngoài ra, với ưu điểm không bị cản trở bởi tầng khí quyển, các vệ tinh đã tỏ ra rất hiệu quả trong nghiên cứu thiên văn, vũ trụ. � Định vị: Các hệ thống định vị và định vị toàn cầu sử dụng vệ tinh đã trở nên phổ biến với mọi người và tham gia vào nhiều mặt của đời sống, kinh tế xã hội từ tránh tắc nghẽn giao thông, định vị trí trên đất liền, trên biển,. � Quân sự: Là một trong những ứng dụng đầu tiên mà loài người nghĩ tới. Vệ tinh được sử dụng tham gia các nhiệm vụ trinh sát, chụp ảnh do thám, gây nhiễu, phá hủy hạ tầng truyền thông đối phương.
Bên cạnh đó, thông tin liên lạc trong quân sự sử dụng vệ tinh cũng tỏ ra an toàn hơn trước sự tấn công bằng các vũ khí thông thường của kẻ thù. � Thông tin liên lạc: Vệ tinh có điểm ưu việt mà không một hệ thống ăng ten hay truyền hình cáp nào có được là bán kính phủ sóng rộng lớn. Chỉ có truyền thông vệ tinh mới phủ sóng được tới các vùng xa xôi như các hải đảo, các vùng cực,. Đối với truyền thông di động, những ưu điểm của truyền thông vệ tinh được đặc biệt phát huy.
� Làm đường trục cho điện thoại toàn cầu: Ngay từ khi ra đời truyền thông vệ tinh đã đóng vai trò quan trọng trong liên lạc toàn cầu, đường truyền vệ tinh có băng thông rộng, có thể truyền được rất nhiều kênh truyền điện thoại. � Kết nối tới những vùng xa xôi hẻo lánh: Nhiều khu vực trên thế giới khó có thể kéo các đường truyền hữu tuyến tới do các nguyên nhân chủ quan (chính trị, quân sự) cũng như khách quan (các yếu tố địa lý), khi đó đường truyền vệ tinh là lựa chọn lý tưởng. � Thông tin di động toàn cầu: thường sử dụng vệ tinh quỹ đạo thấp vì độ trễ nhỏ hơn so với vệ tinh địa tĩnh. Đặc điểm lỗi đường truyền vệ tinh 1.
Các số liệu thống kê các đặc điểm lỗi đường truyền vệ tinh Tỷ suất lỗi cao: Các hệ thống vệ tinh phát triển từ những vệ tinh truyền thông thế hệ trước có tỷ suất lỗi bit BER (Bit Error Rate) cao gây ra bởi các chuẩn truyền thông: TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 11 trung bình là 10-7 và 10-4 trong trường hợp xấu nhất. Nguyên nhân là do các chuẩn trên được tối ưu hóa cho việc truyền tín hiệu âm thanh và hình ảnh analog. Với các kỹ thuật điều biến và mã hóa mới cùng với vệ tinh có công suất phát cao hơn, tỷ suất lỗi thông thường sẽ đạt được rất thấp (đạt tới 10-10) khi sử dụng vệ tinh địa tĩnh. Đối với các hệ thống vệ tinh quỹ đạo thấp, tỷ suất lỗi có thể biến động nhưng với các công nghệ hiện đại các hệ thống này sẽ được phát triển để đạt tới chất lượng truyền cũng như độ ổn định không thua kém đường truyền cáp quang.
Các nguyên nhân gây lỗi là do nhiễu và suy giảm tín hiệu truyền. Do tín hiệu vệ tinh là sóng điện từ truyền trong không gian nên thường bị hấp thụ và suy yếu khi đi qua sương mù, mây, và đặc biệt là mưa. Độ trễ: Do có sự hạn chế về tốc độ truyền và độ cao của các vệ tinh. Các thiết vị thông tin liên lạc được đặt tại vệ tinh địa tĩnh GSO với độ cao là 36.
Ở độ cao đó, vận tốc góc của vệ tinh bằng vận tốc góc của trái đất quay quanh trục của nó. Do đó mỗi trạm ở mặt đất luôn có thể nhìn thấy các vệ tinh ở cùng một vị trí trên bầu trời, nghĩa là các vệ tinh đứng yên so với mặt đất. Thời gian truyền tín hiệu radio giữa 2 trạm mặt đất qua vệ tinh chuyển tiếp gấp 2 lần thời gian truyền từ trạm mặt đất tới vệ tinh, bằng 239,6ms.1 Mô hình mạng vệ tinh Đối với các trạm ở rìa của vùng của các vệ tinh (foot print) khoảng cách là 2*41,576km, do đó thời gian truyền lớn hơn, bằng 2*279=558 ms (RTT). Ngoài sự trễ truyền, còn có sự trễ khác, như trễ do phát gói tin lên đường truyền, trễ lan truyền trong mạng mặt đất và độ trễ hàng đợi trong cổng kết nối vệ tinh.
Kênh truyền vệ tinh được chi phối bởi hai đặc điểm cơ bản như mô tả dưới đây: Tiếng ồn: Cường độ của tín hiệu vô tuyến giảm theo khoảng cách truyền. Đối với một liên kết vệ tinh khoảng cách là lớn và do đó tín hiệu sẽ trở nên yếu thậm chí rất yếu khi đến đích của nó. Kết quả là tỉ số tín hiệu trên bị nhiễu SNR (Signal to Noise Ratio) bị suy giảm. Một số tần số đặc biệt nhạy cảm với các hiện tượng xảy ra trong khí quyển như sự suy giảm cường độ tín hiệu do mưa, sương mù.
Đối với các ứng dụng di động, kênh vệ tinh đặc biệt nhạy cảm với hiện tượng truyền đa đường, gây ra sai lệch méo tín hiệu. Tỷ lệ lỗi bit BER cho một liên kết vệ tinh ngày nay là khoảng một lỗi trên 10 triệu bit (1x10-7) hoặc ít hơn. Các kỹ thuật kiểm soát lỗi và mã hóa nâng cao có thể được thêm vào các dịch vụ truyền thông vệ tinh hiện nay. Tuy nhiên, nhiều hệ thống vệ tinh sẽ tiếp tục có BER cao hơn so với các hệ thống vệ tinh mới và các kênh truyền trên mặt đất.
TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 12 Băng thông: Tài nguyên phổ tần số radio có giới hạn, do đó chỉ có một số lượng giới hạn băng thông sẵn có được cấp phép sử dụng cho các hệ thống truyền thông vệ tinh. Điều này gây khan hiếm băng thông cho các ứng dụng thương mại khác. Tần số sóng mang điển hình cho truyền vệ tinh, theo phương thức điểm-tới-điểm là 6GHz (uplink) và 4 GHz (downlink), còn được biết đến với tên gọi là băng tần C, và 14/12 GHz (được gọi là băng tần Ku). Một dịch vụ đường truyền vệ tinh mới là 30/20 GHz (băng tần Ka) sẽ xuất hiện trong vài năm tới đây.
Các bộ lặp radio vệ tinh cơ bản được biết đến như là các bộ tiếp sóng (transponder). Băng tần truyền thống C có băng thông thường là 36MHz, đáp ứng được cho việc truyền một trong những kênh truyền hình màu (hoặc 1. băng tần Ku thường có dải tần nằm xung quanh rộng 50MHz. Hơn nữa một vệ tinh có thể mang theo vài chục transponders.