Bài giảng Thông tin vệ tinh (satellite communications)

Thông tin vệ tinh(satellite communications)Nhóm thực hiện:Nguyễn Anh TuấnĐào Duy TríChâu Ngọc Viễn Đỗ Thiên TriệuTrần Công ThạchNguyễn Khắc ĐịnhLê Xuân ViệtNội dung trình bày:Nguyên tắc hoạt động của hệ thống thông tin vệ tinhCác quỹ đạo trong thông tin vệ tinhBăng tần sử dụng trong thông tin vệ tinhỨng dụng trong thông tin vệ tinhGiới thiệu tổng quan về VINASAT11. Nguyên tắc hoạt động của hệ thống thông tin vệ tinh2. Các quỹ đạo trong thông tin vệ tinhTuỳ thuộc vào độ cao so với mặt đất các quỹ đạo của vệ tinh trong hệ thống thông tin vệtinh được chia thành (hình 2.1):HEO (Highly Elpitical Orbit): quỹ đạo elip caoGSO (Geostationary Orbit) hay GEO (Geostatinary Earth Orbit): quỹ đạo địa tĩnhMEO (Medium Earth Orbit): quỹ đạo trungLEO (Low Earth Orbit): quỹ đạo thấp.3. Băng tần sử dụng trong thông tin vệ tinhA-PHÂN BỐ TẦN SỐ CHO CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINHPhân bố tần số cho các dịch vụ vệ tinh là một quá trình rất phức tạp đòi hỏi sự cộng tácquốc tế và có quy hoạch. Phân bố tần được thực hiện dưới sự bảo trợ của Liên đoàn viễn thôngquốc tế (ITU). Để tiện cho việc quy hoạch tần số, toàn thế giới được chia thành ba vùng:Vùng 1: Châu Âu, Châu Phi, Liên xô cũ và Mông CổVùng 2: Bắc Mỹ, Nam Mỹ và Đảo XanhVùng 3: Châu Á (trừ vùng 1), Úc và Tây nam Thái Bình Dương Trong các vùng này băng tần được phân bổ cho các dịch vụ vệ tinh khác nhau, mặc dùmột dịch vụ có thể được cấp phát các băng tần khác nhau ở các vùng khác nhau. Các dịch vụ dovệ tinh cung cấp bao gồm: Các dịch vụ vệ tinh cố định (FSS) Các dịch vụ vệ tinh quảng bá (BSS) Các dịch vụ vệ tinh di động (MSS) Các dịch vụ vệ tinh đạo hàng Các dịch vụ vệ tinh khí tượngB-Từng phân loại trên lại được chia thành các phân nhóm dịch vụ:các dịch vụ vệ tinh cố định cung cấp các đường truyền cho các mạng điện thoại hiện có cũng như các tín hiệu truyềnhình cho các hãng TV cáp để phân phối trên các hệ thống cáp Các dịch vụ vệ tinh quảng bá cómục đích chủ yếu phát quảng bá trực tiếp đến gia đình và đôi khi được gọi là vệ tinh quảng bátrực tiếp (DBS:direct broadcast setellite), ở Châu Âu gọi là dịch vụ trực tiếp đến nhà (DTH: direct to home) Các dịch vụ vệ tinh di động bao gồm: di động mặt đất, di động trên biển và di động trênmáy bay Các dịch vụ vệ tinh đạo hàng bao gồm các hệ thống định vị toàn cầu các vệ tinh chocác dịch vụ khí tượng thường cung cấp cả dịch vụ tìm kiếm và cứu hộ.Bảng 1.1. Các ký hiệu băng tầnBăng Ku là băng nằm dưới băng K còn băng Ka là băng nằm trên K. Ku là băng hiện nayđược sử dụng cho các vệ tinh quảng bá trực tiếp và nó cũng được sử dụng cho một số dịch vụ vệtinh cố định.Băng C được sử dụng cho các dịch vụ vệ tinh cố định và các dịch vụ quảng bá trực tiếp không được sử dụng băng nàyBăng VHF được sử dụng cho một số dịch vụ di động và đạohàng và để truyền số liệu từ các vệ tinh thời tiếtBăng L được sử dụng cho các dịch vụ di động vàcác hệ thống đạo hàng  Băng tần C Băng tần C (6/4 GHz) được sử dụng phổ biến trong các mạng FSS vì điều kiện truyền sóng thuận lợi (ít bị ảnh hưởng do mưa) và thiết bị dễ chế tạo.Đặc điểm vệ tinh: Các loại vệ tinh sử dụng băng tần C có dải rộng các đặc tính chính tuỳ thuộc vào mức độ bao phủ trái đất. Các tham số chính của vệ tinh trong băng tần CĐặc điểm trạm mặt đất Khi mới phát triển các trạm mặt đất băng C có kích thước anten lớn. Các trạm mặt đất hoạt động trong mạng lưới vệ tinh INTELSAT có kích thước từ 18 đến 32 mét, xu hướng phát triển ngày nay anten trạm mặt đất ngày càng nhỏ đi cùng với việc công suất vệ tinh tăng lên như trong phủ sóng truyền hình hoặc VSAT.Các tham số chính của trạm mặt đất trong băng tần C Băng tần X 8/7 GHz Băng tần X (7,9-8,4 GHz / 7,25-7,75 Ghz) được sử dụng nhiều cho các hệ thống thông tin quân sự. Các đặc tính hệ thống vệ tinh ở băng tần này cũng có phạm vi rộng như các hệ thống băng tần C kể trên. Băng tần Ku 14/11 GHz hoặc 14/12 GHz Ngày nay, việc sử dụng băng tần Ku đã phổ biến, đặc biệt phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu kích thước anten  trạm mặt đất càng nhỏ càng tốt. Đặc điểm chính của vệ tinh Đặc điểm chính vệ tinh của các hệ thống sử dụng băng tần Ku thay đổi rộng tuỳ thuộc vào ứng dụng.Đặc điểm trạm mặt đất EIRP của vệ tinh ở băng tần Ku cao cho phép sử dụng anten trạm mặt đất nhỏ, tới 1 mét hoặc nhỏ hơn nữa. Điều đó cho phép anten trạm đất có thể đặt ở nhà khách hàng, giảm giá thành chi phí và tạo điều kiện phát triển các ứng dụng. Băng tần Ku vì thế đặc biệt thích hợp cho các ứng dụng như phát thanh truyền hình quảng bá tới tận nhà (Direct-To-Home) và dịch vụ VSAT cho các mạng thông tin thương mại. Băng tần Ka 30/20 GHz Băng tần Ka được sử dụng rất hạn chế vì điều kiện truyền sóng rất khó khăn do bị suy hao lớn vì mưa. Một số nước đang nghiên cứu thực nghiệm và triển khai tích cực các ứng dụng trên băng tần này như Mỹ, Đức, Italy, Nhật bản, Hàn quốc. Đặc điểm ở băng tần này là phổ tần của băng tần này rất lớn nên có thể dễ dàng sử dụng lại băng tần nhiều lần bằng các chùm tia nhỏ. Tuy nhiên  EIRP của cả vệ tinh và trạm mặt đất phải rất lớn để bù lại suy hao do mưa.Các tham số chính của vệ tinh băng tần Ka điển hìnhCác đặc điểm trạm mặt đất Băng tần Ka cho phép sử dụng anten trạm mặt đất rất nhỏ. Tuy nhiên để đảm bảo chỉ tiêu chất lượng của tuyến theo yêu cầu việc sử dụng kỹ thuật Điều khiển Công suất Phát lên (Up-link Power Control UPC) và phân tập trạm mặt đất theo địa lý là cần thiết.Các tham số chính của trạm mặt đất băng tần Ka điển hình Hệ thống vệ tinh trong mỗi băng tần có các đặc điểm khác nhau, tham số khác nhau do đó khi nghiên cứu, xây dựng và triển khai hệ thống vệ tinh cũng như hệ thống trạm mặt đất cần thiết được tính toán trên các cơ sở, đặc điểm đó. Qua đó cũng có thể biết được hệ thống vệ tinh của nhà khai thác, của nước nào có chất lượng tốt hơn, từ đó liên hệ tới giá thành và chi phí. Vệ tinh Vinasat của Việt nam được đánh giá sẽ là vệ tinh có chất lượng tốt, cung cấp các dịch vụ với chất lượng cao so với mặt bằng chung của khu vực.   4. Ứng dụng trong thông tin vệ tinhDịch vụ Internet qua vệ tinh:     Dịch vụ Internet qua vệ tinh được chia làm hai mảng chính: các dịch vụ trung kế (tương tự như trung kế trong hệ thống điện thoại), và truy nhập trực tiếp nhờ việc cài đặt VSAT hai chiều. Các dịch vụ trung kế được cung cấp cho các nhà cung cấp dịch vụ Internet và các nhà khai thác mạng Internet bao gồm:- Đồng bộ, cận đồng bộ, song công- Chia sẻ băng tần giữa các khu vực- Truyền qua sóng mang số và băng tần Video số- Khả năng tích hợp các dịch vụ thuê riêng/mạng hiện có bởi các thiết bị đầu cuối mặt đất IP Băng rộng:     Các nhà cung cấp viễn thông bên cạnh việc sử dụng hệ thống thông tin vệ tinh làm môi trường truyền dẫn, còn cung cấp các dịch vụ bao phủ toàn cầu bởi việc sử dụng các băng tần đã có như băng C, băng Ku và tiếp theo là băng Ka. Thông tin vệ tinh khắc phục được một nhược điểm “nút cổ chai” trong các hệ thống mạng mặt đất bằng việc đóng vai trò như là một mạng chuyển tiếp cung cấp dịch vụ trực tiếp tới khách hàng.     Kỹ thuật nền tảng cho dịch vụ quảng bá của thông tin vệ tinh là dựa trên nền tảng giao thức Internet (IP) cho việc thiết lập các mạng đa phương tiện băng rộng Hình 2. Tỷ lệ sử dụng băng thông vệ tinh trong khu vực châu Á năm 2000 và dự báo năm 2009PSTN   Mạng PSTN là nguồn kết nối chủ yếu cho hầu hết các nhà khai thác mạng. Chất lượng các tuyến thoại khác nhau được thiết kế để đáp ứng nhu cầu thực tế phụ thuộc vào hiệu chỉnh lỗi theo yêu cầu và phương pháp điều chế. Trước đây truyền dẫn thoại qua vệ tinh chiếm một tỷ lệ lớn của các bộ phát đáp vệ tinh, tuy nhiên con số này ngày càng nhỏ do việc phát triển các dịch vụ mới nhiều triển vọng Mạng doanh nghiệp: Các doanh nghiệp có thể sử dụng dịch vụ này như: ngân hàng, các tổ chức tài chính, dầu lửa, khách sạn, hàng không, giáo dục, viễn thông. Video     Hiện nay, dịch vụ video qua vệ tinh được phân bố toàn cầu với các dịch vụ truyền trực tiếp tới nhà (DTH), thể thao, tin tức, sự kiện, HDTV...      Thông tin di động qua vệ tinh:     Thông tin di động qua vệ tinh có nhiều ưu điểm như: có thể phát triển mạng toàn cầu, dễ dàng phân bố và cân bằng lại lưu lượng mạng, chi phí hạ tầng cơ sở thấp, có nhiều khả năng gia tăng lợi nhuận ở các dịch vụ mới.5.Giới thiệu tổng quan về VINASAT1 Các thông số kỹ thuật cơ bảnCao 4 mét, trọng lượng khô khoảng hơn 2,7 tấn. Dung lượng 20 bộ phát đáp (8 bộ băng C, 12 bộ băng Ku). Vị trí quỹ đạo: quĩ đạo địa tĩnh 132°E (cách trái đất 35768Km) Tuổi thọ theo thiết kế: tối thiểu 15 năm và có thể kéo dài thêm một vài năm tùy thuộc vào mức độ tiêu hao nhiên liệu. Độ ổn định vị trí kinh độ và vĩ độ: +/-0,05 độ Băng tần C mở rộng (C-Extended)Số bộ phát đáp: 08 bộ (36 MHz/bộ) Đường lên (Uplink): Tần số phát Tx: 6.425-6.725 MHz Phân cực: Vertical, Horizontal Đường xuống (Downlink): Tần số thu Rx: 3.400-3.700 MHz Phân cực: Horizontal, Vertical Mật độ dung lượng bão hòa (SFD): -85 dBW/m2 Vùng phủ sóng bao gồm: Việt Nam, Đông Nam Á, Trung Quốc, Triều Tiên, Ấn Độ, Nhật Bản và Australia. ]Băng tần KuSố bộ phát đáp: 12 bộ (36 MHz/bộ) Đường lên (Uplink): Tần số phát Tx: 13.750-14.500 MHz Phân cực: Vertical Đường xuống (Downlink): Tần số thu Rx: 10.950-11.700 MHz Phân cực: Horizontal Mật độ dung lượng bão hòa (SFD): -90 dBW/m2 Vùng phủ sóng bao gồm: Việt Nam, Lào, Campuchia, Thái Lan và một phần Mianma. Vinasat-1 là một vệ tinh viễn thông địa tĩnh, sau khi phóng lên có thể cung cấp dịch vụ đường truyền vệ tinh để phát triển các dịch vụ ứng dụng như dịch vụ thoại, truyền hình, thông tin di động, truyền số liệu, Internet, các dịch vụ đào tạo và y tế từ xa, truyền tin cho ngư dân trên biển, dự báo thời tiết, đảm bảo an ninh quốc phòng... Đặc biệt cung cấp đường truyền thông tin cho các trường hợp khẩn cấp như thiên tai, bão lụt, đường truyền cho các vùng sâu, vùng xa, hải đảo mà các phương thức truyền dẫn khác khó vươn tới được.Ngoài ý nghĩa kinh tế, việc phóng vệ tinh Vinasat-1 còn khẳng định chủ quyền của Việt Nam trong không gian vào nâng vị thế của Việt Nam trên trường quốc tế. Nhờ đó, Việt nam trở thành nước thứ 93 trên thế giới và nước thứ 6 trong khu vực đông nam Á có vệ tinh riêng bay vào quỹ đạo.