Chương 1 TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN VỆ TINH 1. Giới thiệu chung về thông tin vệ tinh 1. Giới thiệu chung: Trong những năm trở lại đây, thông tin vệ tinh đó có những phát triển vượt bậc, việc sử dụng những kỹ thuật mới làm cho các dịch vụ của thông tin vệ tinh trở thành một dịch vụ phổ thông trên khắp thế giới. Hàng ngày hai hệ thống thông tin vệ tinh toàn cầu lớn là Intelsat và Intersputnyk bay vũng quanh trái đất cung cấp hàng ngàn kênh thoại cố định nối hàng trăm quốc gia với nhau.
Ngoài ra cũng có các vệ tinh khu vực như Aussat, Eusat, Arbsat… cung cấp các dịch vụ thoại cố định, phát thanh truyền hình, truyền số liệu, đảm bảo thông tin dẫn đường cho hàng không, cứu hộ hàng hải, thăm dò tài nguyên bằng hệ thống vệ tinh tầm thấp, các chương trình đào tạo giáo dục từ xa… Tóm lại, ngày nay thông tin vệ tinh có mặt hầu hết trong mọi lĩnh vực về viễn thông. Thông tin vệ tinh là thông tin giữa các trạm mặt đất nhờ trạm lặp là trạm vệ tinh và là một trong ba loại thông tin vụ tuyến vũ trụ để phân biệt với hai loại thông tin vụ tuyến vũ trụ khác là thông tin giữa một trạm mặt đất với một trạm vũ trụ hay thông tin giữa hai trạm vũ trụ với nhau. Intelsat là một tổ chức viễn thông quốc tế hoạt động phi lợi nhuận do hơn một trăm nước thành viên góp vốn. Mạng thông tin vệ tinh do Intelsat cung cấp ngày nay đang là mạng vệ tinh lớn nhất thế giới, cung cấp hơn 2/3 tổng số kênh liên lạc quốc tế toàn cầu.
Intersputnyk có mạng vệ tinh cho hơn chục nước tham gia vào mạng thông tin liên lạc cố định và phủ sóng phát thanh truyền hình. Đặc điểm của thông tin vệ tinh: - Vùng phủ sóng lớn: Từ quĩ đạo địa tĩnh cách trái đất khoảng 37000 km vệ tinh có thể nhìn thấy 1/3 trái đất, như vậy chỉ cần 3 vệ tinh trên quĩ đạo là có thể phủ sóng toàn cầu. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 5 - Dung lượng thông tin lớn: Với băng tần cung cấp rộng và sử dụng kỹ thuật tái sử dụng băng tần, hệ thống thông tin vệ tinh cho phép đạt được dung lượng thông tin rất cao. - Độ tin cậy cao: Do tuyến thông tin vệ tinh chỉ có 3 trạm (2 trạm mặt đất đầu cuối thông tin và trạm lặp vệ tinh) nên xác suất hư háng trên tuyến rất nhỏ.
- Tính linh hoạt cao. - Đa dạng về loại hình dịch vụ. Cấu trúc của tuyến liên lạc vệ tinh: 1. Các thiết bị trong tuyến liên lạc thông tin vệ tinh: Không giống như trong các hệ thống thông tin khác là thông tin giữa các phần tử trên mặt đất, mà tuyến thông tin trong thông tin vệ tinh là tuyến liên lạc giữa một phần tử trên mặt đất và một phần tử trong không gian vũ trụ là vệ tinh nên trong tuyến liên lạc thông tin vệ tinh bao gồm hai phần là phần không gian và phần mặt đất.
Các phần không gian và mặt đất được xem xét kỹ thuật dưới đây: - Phần không gian bao gồm vệ tinh, các thiết bị trên vệ tinh, thiết bị điều khiển đo xa, các thiết bị cung cấp nguồn. - Phần mặt đất cũng gọi là các trạm mặt đất bao gồm anten thu phát và các thiết bị điều khiển bám vệ tinh, ống dẫn sóng các bộ chia cao tần và ghép công suất, máy thu tạp âm thấp và các bộ giải điều chế, các bộ đổi tần lên xuống, các bộ khuếch đại công suất lớn và các bộ điều chế. Tuyến liên lạc qua hệ thống thông tin vệ tinh: - Tại trạm phát: Các tín hiệu có băng tần cơ bản được điều chế thành trung tần, sau đó được đổi lên cao tần nhờ bộ đổi tần tuyến lên UC (Up Converter) rồi được khuếch đại lên mức công suất cao nhờ bộ khuếch đại công suất lớn HPA (High Power Amplifier) và được phát lên vệ tinh qua anten phát. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 6 - Tại trạm thu: Tín hiệu cao tần phát từ vệ tinh được thu bởi anten thu qua bộ khuếch đại tạp âm thấp LNA (Low Noise Amplifier) và được đổi xuống trung tần nhờ bộ đổi tần xuống DC (Down Converter), sau đó qua bộ giải điều chế để khắc phục lại băng tần cơ bản giống bên phát.
MOD U/C HPA LNA D/C DEM Hình 1.1: Đường liên lạc thông tin vệ tinh. Các vấn đề trong truyền sóng: 1. Tần số công tác của thông tin vệ tinh: Sóng điện từ có dải rộng được dùng trong thông tin vệ tinh tuỳ vào sự khác nhau về mục đích sử dụng. Sóng có tần số cao dễ bị hấp thụ và tiêu hao trong tầng khí quyển, trong sương mù và đặc biệt là mưa.
Sóng tần thấp lại bị yếu đi nhiều khi đi qua nhiều tầng điện ly do bị hấp thụ hay bị phản xạ. Uỷ ban tư vấn quốc tế về vô tuyến CCIR khuyến nghị dải tần làm việc trong thông tin vệ tinh là 1 GHz- 10 GHz, đó là dải tần thực tế nhất trong thông tin vệ tinh và nó được gọi là “cửa sổ vô tuyến”. Các băng tần được sử dụng: Hiện nay thông tin vệ tinh sử dụng chủ hai băng tần C và Ku với tần số cho tuyến lên và tuyến xuống là 4/6 cho băng tần C và 11/14 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 7 cho băng tần Ku, ngoài ra hiện nay băng tần 30/20 cũng mới được đưa vào sử dụng (tần số tính bằng đơn vị GHz). Độ rộng băng tần của thông tin vệ tinh là 500 MHz và nó được chia ra thành các băng tần nhỏ hơn 36 MHz hoặc 70 MHz.
Tuy vậy để nâng cao giá trị hiệu dụng của băng tần nhằm tăng dung lượng thông tin người ta đó sử dụng kỹ thuật sử dụng lại băng tần cho phép nâng băng tần hiệu dụng lên tới 2590 MHz. Các kỹ thuật sử dụng lại băng tần thường được sử dụng gồm có: - Tái sử dụng băng tần bằng cách chọn phân cực: Các băng tần giống nhau được phát xạ do các anten thông qua các bộ phát đáp khác nhau sử dụng phân cực trực giao của sóng điện từ. - Trong thông tin vệ tinh sóng điện từ phân cực theo hai loại tròn và tuyến tính để truyền đi trong không gian, và để thu được những sóng điện từ đó thì anten thu cũng phải có phân cực tương ứng. Anten có thu phân cực tuyến tính thu được với mức lớn nhất sóng điện từ cùng phân cực nếu góc nghiêng sóng điện từ và anten trong không gian là như nhau.
- Tái sử dụng băng tần bằng cách phân biệt các chùm tia phát xạ từ anten. Các băng tần giống nhau được phát đi bằng các anten trên vệ tinh dùng các bộ phát đáp khác nhau có các chùm tia thu và các chùm tia phát không trùng lên nhau. Phân định tần số trong thông tin vệ tinh: Việc phân định tần số được thực hiện theo Điều lệ vô tuyến điện ở mỗi khu vực của ITU. Có ba khu vực của ITU; Nhật Bản nằm ở khu vực 3: Khu vực 1: Châu Âu, Châu Phi, Liên bang Xô Viết cũ và các nước Đông Âu Khu vực 2: Các nước Nam và Bắc Mỹ Khu vực 3: Châu Á và châu Đại dương Tuy nhiên do có sự khác nhau giữa các khu vực đối với dịch vô thông tin vệ tinh nên phân định tần số cho ba khu vực này thường được tiến hành với một vài ngoại lệ.
LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.1 Tần phân loại sóng vô tuyến điện: Phân loại Sử dụng chủ yếu Tần số Dải tần số Tần băng tần theo bước sóng trong Sử dụng 1 30-300Hz Tần số cực kỳ thấp (VLF) trong vật lý Chưa được phân định 2 300Hz-3KHz Tần số cực thấp (EHF) Sóng Mm 3 3-30KHz Tần số rất Vô tuyến hàng hải,thông thấp (VLF) (chục nghìn m) tin di động hàng hải 4 300-3000KHz Tần số thấp Sóng Km Thông tin di động hàng (LF) không. Vô tuyến hàng hải Sóng Hectomet Phát thanh 5 3-30MHz Tần số trung Thông tin hàng hải bình (MF) (cỡ trăm m) Thông tin quốc tế Sóng decamet Phát thanh sóng ngắn 6 30-300MHz Tần số cao Các loại thông tin di động (HF) (cỡ chục m) Các loại thông tin cố định Phát thanh FM và truyền 7 300-3000MHz Tần số rất cao Sóng m hình (VHF) Các loại thông tin di động Truyền hình 8 3-30 GHz Tần số cực Sóng dm Các loại thông tin di động cao (UHF) Các loại thông tin cố định Thông tin vệ tinh và 9 30-300 GHz Tần số siêu Sóng cm rada cao (SHF) Viễn thông công cộng Vô tuyến thiên văn Vô tuyến thiên văn Tần số vô 10 30-300 GHz Sóng mm Rada sóng mm cùng cao (DHF) Nghiên cứu và thử nghiệm Sóng 11 300-3000 GHz Chưa được phân định decimilimet LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Tần số sử dụng cho thông tin vệ tinh cố định: Việc phân định tần số cho các dịch vô thông tin vệ tinh cố định nghĩa là vệ tinh các điểm cố định. Trong này tần các băng tần như L, S và C được sử dụng rộng rãi ở nhiều nước, bao gồm cả Nhật và Mỹ, đó là tần phổ thông không được quốc tế công nhận.
Phân định tần số cho dịch vô thông tin vệ tinh cố định Tần các tần số: L: 1.4 GHz - Băng C (6/4 GHz, cho đường lên gần 6 GHz và đường xuống gần 4 GHz) Nằm ở khoảng giữa cửa sổ tần số, băng tần này chỉ suy hao ít do mưa và trước đây đó được sử dụng cho hệ thống Viba dưới mặt đất; do đó sự phát triển của thiết bị đó ở mức tiên tiến, nó được sử dụng chung cho hệ thống Intelsat và các hệ thống khác bao gồm các hệ thống vệ tinh khu vực và nhiều hệ thống vệ tinh nội địa. - Băng Ku (các băng 14/12 GHz và 14/11 GHz) Băng này được sử dụng rộng rãi tiếp sau băng C cho viễn thông công cộng. Nó được ưu tiên dùng hơn trong thông tin nội địa và thông tin giữa các công ty, do tần số cao nên cho phép trạm mặt đất sử dụng được những Anten kích thước nhỏ. - Băng Ka (30/20 GHz) Băng Ka lần đầu tiên được sử dụng cho một đường thông tin thương mại qua vệ tinh thông tin “SAKURA” của Nhật.
Ưu điểm của thông tin vệ tinh sử dụng băng tần này là cho phép sử dụng các trạm mặt đất nhỏ. Mặt khác nó cũng có những nhược điểm là giá thành thiết bị tương đối cao để khắc phục suy hao lớn do mưa.