Chương 3. Lớp vật lý physical layer

Chương 3. Lớp Vật Lý Physical Layer 3.1 Khái niệm  3.1.1 Tín hiệu: Đại lượng vật lý được sử dụng để biểu diễn thông tin, biến đổi theo thời gian hoặc không gian.  Tín hiệu tương tự: liên tục, có biên độ không bị biến đổi đột ngột theo thời gian.  Tín hiệu số: không liên tục, có biên độ thay đổi ở các mức khác nhau theo thời gian 3.1 Khái niệm  Sử dụng tín hiệu trong truyền thông  Các tín hiệu có thể được chuyển đổi qua lại với nhau trong khi truyền thông sử dụng các phương pháp giải – điều chế bằng thiết bị modem 3.1.2 Tần số, phổ tần và băng thông  Theo phân tích Fourier thì một tín hiệu g(t) có thể được xem là tổng hợp của các tín hiệu thành phần theo công thức:  Trong đó các tín hiệu thành phần được biểu diễn trong công thức S(t+T) = s(t)  Tần số: f=  Phổ tần số: khoảng tần số chứa các thành phần của tín hiệu đó.  Pha  Băng thông tuyệt đối: Độ rộng phổ tần số T 1 3.1.2 Tần số, phổ tần và băng thông  Băng thông hiệu dụng: Phần lớn năng lượng của tín hiệu tập trung vào một số tần số. Độ rộng phổ tần cho các tín hiệu đó được gọi là băng thông hiệu dụng.  Tần số cắt fc là tần số mà năng lượng của tín hiệu bắt đầu suy hao. 3.1.3 Dung lượng kênh truyền  Băng thông của đường truyền: Mỗi môi trường truyền dẫn thường chỉ cho phép một loại tín hiệu có tần số xác định đi qua. Khoảng tần số mà tín hiệu đi qua môi trường không làm mất đi một nửa năng lượng của tín hiệu đó được gọi là băng thông đường truyền, kí hiệu là B. Nyquyst chứng minh được rằng dung lượng một kênh truyền tối đa là C=2B*log2M, M là số mức lượng tử trên một tín hiệu  Shanon chứng minh được rằng tốc độ dữ liệu tối đa trên một kênh truyền có nhiễu là: C=2B*log2(1+S/N), S/N là tỉ số tín hiệu/ tạp âm, đo bằng 10log10S/N, đơn vị là decibel (dB) 3.2 Phương tiện truyền dẫn hữu tuyến  3.2.1 Cáp xoắn đôi: Một cặp cáp xoắn đôi gồm 2 sợi cáp đồng có đường kính khoảng 1mm, tránh nhiễu xuyên âm (crossover talk), gồm 2 loại  UTP Unshield Twisted Pair  STP Shield Twisted Pair  Cắp xoắn đôi dựa vào bước xoắn thưa hay dày được phân thành các loại như Cat3, Cat4, Cat5, Cat5e, Cat6, Cat7… 100 MHz16 MHzBăng thông 0.6 – 0.85 (cm)7.5 – 10 (cm)Bước xoắn Cat 5Cat 3 3.2 Phương tiện truyền dẫn hữu tuyến  3.2.2 Cáp đồng trục: Một cáp đồng trục bao gồm một lõi bằng đồng được bọc bởi một vật liệu cách điện. Lớp cách điện này được bao quanh bởi một lưới dẫn diện. Bên ngoài dây cáp là vỏ bảo vệ bằng nhựa. Một sợi cáp đồng trục đơn có đường kính từ 1 đến 2.5cm  Chống nhiễu điện từ và xuyên âm tốt, băng thông đường truyền lớn, lên đến 1GHz, gồm 2 loại:  50 ohm: dùng cho tín hiệu số  75 ohm: dùng cho tín hiệu tương tự và truyền hình 3.2 Phương tiện truyền dẫn hữu tuyến 3.3.3 cáp quang  Đặc điểm môi trường: Khi ánh sáng truyền từ môi trường này đến môi trường khác  Khúc xạ ánh sáng. Độ khúc xạ phụ thuộc vào tính chất hai môi trường (hệ số khúc xạ). Nếu góc tới lớn hơn hoặc bằng tia tới hạn  Phản xạ toàn phần. 3.2 Phương tiện truyền dẫn hữu tuyến  Truyền dẫn quang: Đơn vị tín hiệu biểu thị bit 1 có xung ánh sáng, bit 0 không có xung ánh sáng. Gồm 3 thành phần chính:  Nguồn quang: Diod quang hoặc laser  Môi trường truyền dẫn: sợi thủy tinh rất nhỏ  Diod thu quang: đầu thu quang tạo xung điện với các tín hiệu nhận được tương ứng 3.2 Phương tiện truyền dẫn hữu tuyến  Suy hao ánh sáng qua sợi quang: phụ thuộc vào bước sóng ánh sáng và môi trường truyền dẫn. R T P P A 10log10 PT: Công suất phát PR: Công suất thu 3.2 Phương tiện truyền dẫn hữu tuyến  Sợi quang:Lõi cáp được bao bọc bởi một lớp thủy tinh có chiết suất nhỏ hơn để giử cho ánh sáng phản xạ toàn phần trong lõi. Tiếp theo là một lớp vỏ nhựa để bảo vệ. Thường người ta chế tạo nhiều sợi quang trong một bó cáp và bảo vệ bằng một lớp vỏ bên ngoài 3.2 Phương tiện truyền dẫn hữu tuyến  Sợi quang gồm hai loại:  đa mode, lõi cáp quang có kích thước khoảng 50µm, cho phép truyền đồng thời các tín hiệu quang ứng với các bước sóng khác nhau trên cùng sợi quang.  đơn mode, kích thước từ 8-10µm cho phép truyền chỉ một tín hiệu quang ứng với một bước sóng nào đó trên sợi quang tại một thời điểm. 3.2 Phương tiện truyền dẫn hữu tuyến  Phương pháp kết nối sợi quang: sử dụng đầu nối, ghép nối và phương pháp hàn. Tuy nhiên, cả 3 phương pháp trên đều xuất hiện tia phản xạ ở mối nối và làm nhiễu tín hiệu ở các mức độ khác nhau  Nguồn quang: Diod quang (LED) và Laser bán dẫn CaoThấpGiá thành LớnNhỏĐộ nhạy nhiệt độ NgắnDàiTuổi thọ DàiNgắnKhoảng cách Đa mode hoặc đơn modeĐa modeLoại sợi quang CaoThấpTốc độ dữ liệu Laser bán dẫnLEDNguồn quang 3.3 Môi trường truyền dẫn vô tuyến  Ưu điểm của mạng vô tuyến so với mạng hữu tuyến  Khả năng di động  Thích hợp cho các khu vực địa hình phức tạp  Bảo quản và duy trì dễ dàng  Thời gian triển khai nhanh  Phổ sóng điện từ  Sóng vô tuyến  Sóng ngắn vi ba  Sóng hồng ngoại 3.3 Môi trường truyền dẫn vô tuyến 3.3.1 Phổ sóng điện từ: Các loại sóng bao gồm  sóng vô tuyến,  sóng ngắn,  hồng ngoại  và các sóng ánh sáng khác được dùng để truyền thông tin bằng cách điều chế biên độ, tần số và pha của sóng.  Tia cực tím, tia X, tia gamma cũng có thể dùng để truyền tin nhưng chúng khó chế tạo, khó điều chế và ảnh hưởng đến sức khỏe. 3.3 Môi trường truyền dẫn vô tuyến  Trong đó: LF, MF, HF tương ứng là sóng ngắn (low frequency), sóng trung (medium frequency), sóng cao tần (high frequency). Các sóng có tần số cao trên 10MHz theo thứ tự tăng dần được gọi là UHF, SHF, EHF và THF 3.3 Môi trường truyền dẫn vô tuyến  Dung lượng thông tin mà một loại sóng điện từ mang được tùy thuộc vào băng thông của nó. Để tính toán băng thông người ta căn cứ vào biểu thức quan hệ giữa tần số, bước sóng và tốc độ ánh sáng như sau: lf = c Lấy vi phân 2 vế theo l, ta có: Hay: Ví dụ, ở bước sóng 1.3 mm và Dl= 0.17x10-6, ta có Df =30THz. Nếu số bit lấy mẫu là 8 bit/Hz thì tốc độ dữ liệu sẽ là 240Tbps 2 c d df  2 .    c f 3.3 Môi trường truyền dẫn vô tuyến 3.3.2 Sóng vô tuyến  Sóng vô tuyến dễ tạo và có thể truyền đi với khoảng cách lớn, chính vì vậy sóng vô tuyến được sử dụng rộng rãi trong việc truyền thông tin. Sóng vô tuyến là sóng vô hướng, nghĩa là nó có thể truyền đi theo mọi hướng nên đầu thu và phát không nhất thiết phải đối diện với nhau.  Đặc điểm của sóng vô tuyến phụ thuộc vào tần số. Ở tần số thấp, sóng vô tuyến có thể đi xuyên qua vật cản nhưng năng lượng của nó suy hao nhanh. Ở tần số cao, sóng vô tuyến truyền thẳng và khó đi qua các vật cản. Ngoài ra, chúng còn bị suy hao do thời tiết xấu và ảnh hưởng nhiễu từ các thiết bị điện từ khác. 3.3 Môi trường truyền dẫn vô tuyến 3.3.3 Sóng ngắn (viba)  Ở tần số trên 100MHz, sóng điện từ gần như truyền thẳng và độ tập trung năng lượng cao. Việc phát sóng viba được thực hiện bởi một antenna parabol nên năng lượng sóng điện từ tạo ra có độ tập trung và có tỷ số tín hiệu/nhiễu cao nhưng yêu cầu đầu thu và đầu phát phải đối diện nhau.  Sóng ngắn được sử dụng rộng rãi trong viễn thông, hệ thống điện thoại di động, truyền hình và các ứng dụng có phổ tần ngắn khác.  Truyền tin sóng ngắn có các ưu điểm so với sử dụng cáp như sau:  Không cần phải thiết kế và lắp đặt một hệ thống dây dẫn phức tạp. Chỉ cần lắp đặt 2 antena ở 2 đầu thu và phát tín hiệu là có thể thực hiện việc truyền thông tin. Đối với những nơi có địa hình phức tạp thì đây là một giải pháp hiệu quả nhất  Tiết kiệm được chi phí so với trường hợp phải thiết kế và lắp đặt hệ thống dây dẫn. 3.3 Môi trường truyền dẫn vô tuyến 3.3.4 Sóng hồng ngoại  Sóng hồng ngoại được sử dụng rộng rãi trong truyền tin phạm vi hẹp đặc biệt là các thiết bị điều khiển từ xa. Sóng hồng ngoại là loại sóng định hướng, dễ tạo nhưng lại có hạn chế là không thể đi xuyên qua vật cản. Tuy nhiên, hạn chế đó được phát huy trong một số trường hợp ví dụ: chỉ có thể điều khiển từ xa các thiết bị điện tử trong phạm vi một căn phòng, không ảnh hưởng đến các phòng khác. 3.4 Một số mạng truyền thông phổ biến hiện nay 3.4.1 Mạng điện thoại công công – PSTN Để truyền dữ liệu có thể dùng mạng điện thoại hoặc đường truyền riêng có tốc độ cao. Dịch vụ truyền dữ liệu bằng điện thoại là một trong những dịch vụ đầu tiên về truyền số liệu. 3.4.2 Mạng thông tin di động Đáp ứng cho nhu cầu thông tin di động và sự phát triển của các hình thức truyền thông khác nhau cũng như sự phức tạp của địa hình triển khai 3.4.3 Thông tin vệ tinh Sự phát triển của ngành hàng không vũ trụ đã giúp con người thêm một kênh thông tin quan trọng khác, đó là sử dụng các vệ tinh nhân tạo. Với đặc điểm truyền xa, tốc độ cao và không phụ thuộc địa hình thông tin vệ tinh đang ngày càng trở nên phổ biến và quan trọng 3.4 Một số mạng truyền thông phổ biến hiện nay 3.4.1 Mạng điện thoại công cộng 3.4.1.1 Cấu trúc và các thành phần: Gồm có ba kiểu cấu trúc khác nhau: kết nối đầy đủ, chuyển mạch tập trung và phân cấp 2 mức 3.4 Một số mạng truyền thông phổ biến hiện nay Gồm có các thành phần chính: Bộ chuyển mạch trung tâm (tổng đài), đường truyền dữ liệu giữa các chuyển mạch trung tâm (trung kế - trunk), hệ thống đường dây thuê bao (local loop) và các thuê bao khách hàng. Trong thực tế mạng điện thoại được tổ chức phân cấp nhiều mức như sau: 3.4 Một số mạng truyền thông phổ biến hiện nay 3.4.1.2 Các dịch vụ dữ liệu qua mạng điện thoại a. Kết nối bằng modem quay số (dial up)  Khi một máy tính muốn gửi dữ liệu lên đường truyền tương tự của hệ thống điện thoại, nó phải chuyển đổi tín hiệu số đó sang dạng analog. Việc chuyển đổi này được thực hiện bằng một thiết bị gọi là Modem.  Để truyền được thông tin đi, thiết bị Modem phải điều chế một trong 3 đặc tính: biên độ, tần số hoặc pha của tín hiệu vào  Đối với điều chế biên độ, người ta sử dụng sóng mang có 2 biên độ khác nhau đại diện cho bit 0 và bit 1. Đối với điều chế tần số, hay còn gọi là khóa dịch tần, người ta sử dụng sóng mang có 2 tần số khác nhau để điều chế. Đối với điều chế pha, người ta chỉ cần dịch pha của sóng mang ở 0 hoặc 180 độ tương ứng với 2 mức tín hiệu. 3.4 Một số mạng truyền thông phổ biến hiện nay  Tín hiệu nhị phân  Điều chế biên độ  Điều chế tần số  Điều chế pha 3.4 Một số mạng truyền thông phổ biến hiện nay b. Kết nối đường dây thuê bao số:  Tốc độ cao hơn modem quay số  Hỗ trợ chiều download upload có tốc độ khác nhau Dải tần công nghệ DSL: 3.4 Một số mạng truyền thông phổ biến hiện nay  Ứng dụng của DSL trong truyền thông 3.4.2 Mạng thông tin di động Hệ thống điện thoại di động đã phát triển qua 3 thế hệ với các công nghệ khác nhau ứng với các loại tín hiệu khác nhau:  Thế hệ thứ 1 (1G): Tín hiệu thoại tương tự  Thế hệ thứ 2 (2G): Tín hiệu thoại số  Thế hệ thứ 3 (3G): Tín hiệu thoại số và dữ liệu số (như Internet, email,…) 3.4 Một số mạng truyền thông phổ biến hiện nay 3.4.2.1 Thế hệ thứ 1  Năm 1946, hệ thống điện thoại di động đầu tiên được sử dụng là hệ thống điện thoại trên ô-tô ở St. Louis. Hệ thống này có một bộ thu/phát tín hiệu được đặt trên các tòa nhà và chỉ có một kênh truyền đơn sử dụng cho cả phát và thu tín hiệu  Năm 1960, người ta cải tiến hệ thống này và đặt tên là IMTS (Improved Mobile Telephone System) với công suất phát mạnh hơn (khoảng 200w, antenna thường đặt trên các đỉnh đồi, núi cao), sử dụng 2 tần số, một dành cho phát tín hiệu và một dành cho thu tín hiệu  hỗ trợ 23 kênh từ tần số 150MHz đến 540MHz hạn chế của số lượng kênh truyền  công suất phát lớn nên các hệ thống thông tin khác phải đặt cách xa vài km để tránh nhiễu lẫn nhau 3.4 Một số mạng truyền thông phổ biến hiện nay  năm 1982 AMPS (Advanced Mobile Phone System) được Bell Labs phát triển và được lắp đặt đầu tiên tại Mỹ  Chia vùng địa lý thành các tế bào (cell) có đường kính khoảng từ 10 đến 20 km, cho phép hệ thống điện thoại di động này có dung lượng lớn hơn  hệ thống ITMS có đường kính hoạt động 100km chỉ cho thiết lập được một cuộc gọi trên mỗi tần số thì hệ thống AMPS có 100 các tế bào với đường kính 10km phủ sóng cùng một diện tích có thể thiết lập được 10 đến 15 cuộc gọi cho mỗi tần số 3.4 Một số mạng truyền thông phổ biến hiện nay 3.4.2.2 Thế hệ thứ 2 (2G): Mạng thông tin di đông thế hệ thứ 2 dùng để truyền tín hiệu thoại số, gồm 4 công nghệ: D-AMPS, GSM, CDMA và PDC a. D – AMPS  D-AMPS là thế hệ thứ 2 của hệ thống AMPS, sử dụng cho tín hiệu thoại số, được qui định trong chuẩn quốc tế IS-54 và IS-136. D- AMPS được thiết kế tương thích với hệ thống APMS để cho chúng có thể hoạt động đồng thời trên cùng một tế bào  sử dụng băng tần từ 1850-1910 MHz cho kênh chiều lên và dãi băng tần từ 1930-1990 MHz cho kênh chiều xuống với bước sóng là 16cm, có thể sử dụng các băng tần 850 MHz và 1900 MHz để tăng cường tối đa số lượng kênh truyền  Ở thiết bị đầu cuối, tín hiệu thoại được mã hóa thành tín hiệu số và nén dữ liệu từ băng thông PCM chuẩn là 56 Kbps xuống còn 8 Kbps hoặc thấp hơn thông qua mạch nén dữ liệu gọi là mạch Vocoder. Mục đích của việc nén này là giảm số lượng bit gửi đi trên kênh truyền qua không khí có băng thông thấp 3.4 Một số mạng truyền thông phổ biến hiện nay  Về mặt sử dụng tần số, trong hệ thống D-AMPS, 3 người dùng có thể cùng chia sẽ một cặp tần số bằng cách sử dụng kỹ thuật ghép kênh phân chia theo thời gian. Mỗi cặp tần số được chia thành 25 khung/giây, độ rộng của mỗi khung là 40ms. Mỗi khung này được chia thành 6 khe thời gian với độ rộng mỗi khe thời gian là 6.67ms (hình vẽ). Với kỹ thuật này, số lượng người dùng có thể tăng lên thành 6 người dùng/khung 1 2 3 1 2 3 3 1 2 3 1 2 Kênh chiều lên Kênh chiều xuống 1850.01 MHz Đầu cuối - trạm phát 1930.05 MHz Trạm phát - Đầu cuối 324 bit Khung TDM 40ms (a) 1 2 3 4 5 6 6 1 2 3 4 5 1850.01 MHz Đầu cuối - trạm phát 1930.05 MHz Trạm phát - Đầu cuối 324 bit Khung TDM 40ms (b) 3.4 Một số mạng truyền thông phổ biến hiện nay b. GSM  Về cơ bản, hệ thống GSM cũng tương tự như hệ thống D- AMPS, người ta phân chia hệ thống này thành các tế bào và sử dụng kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số để chia băng thông của hệ thống thành các dãi tần số dành cho việc phát và thu tín hiệu  Với mỗi dãi tần, người ta lại chia nó thành các khe thời gian bằng kỹ thuật ghép kênh phân chia theo thời gian tạo ra các kênh truyền dành cho các đầu cuối thuê bao di động. Tuy nhiên, độ rộng của các dãi tần của hệ thống GSM lớn hơn so với hệ thống D-AMPS (200 KHz thay vì 30 KHz của hệ thống D-AMPS) với số lượng người dùng tương ứng là 8 người dùng, vì vậy tốc độ dữ liệu của hệ thống GSM lớn hơn so với hệ thống D-AMPS 3.4 Một số mạng truyền thông phổ biến hiện nay  Mỗi dãi tần có độ rộng là 200 KHz, như vậy một hệ thống GSM sẽ có 124 cặp dãi tần dành cho phát và thu tín hiệu từ trạm phát đến đầu cuối thuê bao, mỗi dãi tần hỗ trợ 8 kết nối đồng thời tương ứng với 8 khe thời gian. Về mặt lý thuyết, mỗi tế bào cho phép hoạt động tới 992 kết nối, tuy nhiên trong đó có nhiều kênh không thể sử dụng được để đảm bảo tránh xung đột tần số với các tế bào liền kề 3.4 Một số mạng truyền thông phổ biến hiện nay c. CDMA (Code Divison Multiple Access – Đa truy cập phân chia theo mã)  Thay vì phân chia dãi tần thành các kênh truyền nhỏ, hệ thống CDMA cho phép các đầu cuối thuê bao sử dụng toàn bộ dãi tần để phát và thu dữ liệu. Dữ liệu của các đầu cuối thuê bao được phân biệt với nhau bằng kỹ thuật mã hóa  Trong hệ thống CDMA, mỗi bit được chia thành các khoảng nhỏ gọi là các chip. Trên thực tế, thông thường có khoảng 64 hoặc 128 chip trên một bit.  Mỗi đầu cuối thuê bao được gán một mã duy nhất có độ dài là m-bit được gọi là số thứ tự chip (chip sequence).  (bit 1) được đại diện bằng số thứ tự chip.  (bit 0) được đại diện bằng số bù của số thứ tự chip.  Ví dụ m=8, một trạm A được gán số thứ tự chip là 00011011, bit 1 00011011, bit 0 11100100. 3.4 Một số mạng truyền thông phổ biến hiện nay  Việc tăng tốc độ đường truyền từ b bps thành mb chip/s chỉ có thể thực hiện được trong điều kiện băng thông cho phép, chính vì vậy mà CDMA được xem là một phương thức truyền thông tin phổ rộng (trãi phổ)  Ví dụ băng thông 1MHz cho 100 thuê bao, sử dụng FDM thì mỗi thuê bao có băng thông 10KHz, tốc độ truyền 10kbps. Với CDMA, mỗi thuê bao có băng thông 1MHz, tức là tốc độ chip là 1Mchip/s. Giả sử tốc độ chip/bit là 10 thì tốc độ truyền cho mỗi thuê bao là 100kbps. 3.4 Một số mạng truyền thông phổ biến hiện nay 3.4.2.3 Thế hệ thứ 3 – 3G  Nhu cầu về dịch vụ dữ liệu với tốc độ cao và sự hội tụ CNTT  xuất hiện mạng 3G: tích hợp thoại và dữ liệu tốc độ cao  Năm 1992, tổ chức viễn thông quốc tế ITU đã đưa ra bộ tiêu chuẩn dành cho hệ thống thông tin di động thế hệ 3G là IMT-2000 (International Mobile Telecommmunications-2000)  Dịch vụ thoại chất lượng cao  Tin nhắn (thay thế email, fax, SMS, chat,…)  Đa phương tiện (nghe nhạc, xem video, xem film, xem TV,…)  Truy cập Internet 3.4 Một số mạng truyền thông phổ biến hiện nay  Các chuẩn mạng 3G  W-CDMA (Wideband CDMA): được hãng Ericsson đề nghị sử dụng, với độ rộng băng tần là 5MHz và có thể kết nối được với hệ thống GSM. Hệ thống này được cộng đồng Châu Âu hỗ trợ mạnh và còn được gọi là hệ thống UTMS (Universal Mobile Telecommunication System).  CDMA2000: được hãng Quanlcomm đề nghị sử dụng, với độ rộng băng tần cũng là 5MHz nhưng lại không thể kết nối được với hệ thống GSM và đặc điểm kỹ thuật của nó cũng khác với W-CDMA như tốc độ chip, khung thời gian, phương thức đồng bộ tín hiệu.  Vẫn còn nhiều mâu thuẫn về việc lựa chọn một trong các chuẩn công nghệ trên  mạng 2,5G để đáp ứng nhu cầu thực tế. 3.4 Một số mạng truyền thông phổ biến hiện nay  Các chuẩn mạng 2,5G  Hệ thống EDGE được cải tiến từ hệ thống GSM bằng cách tăng số lượng bit trên 1 baud để tăng băng thông sử dụng cho một thuê bao, tuy nhiên điều này cũng dẫn đến một hậu quả là tỉ lệ bit lỗi trên một buad cũng tăng lên và hệ thống phải hy sinh một khoảng băng thông để xử lý và sửa lỗi.  Hệ thống GPRS là một hệ thống hoạt động ở lớp trên của các hệ thống D-AMPS và GSM, nó cho phép các thuê bao di động có thể gửi và nhận các gói dữ liệu IP trong hệ thống thông tin di động. Khi hệ thống GPRS hoạt động, một số khe thời gian được sử dụng để truyền dữ liệu. Số lượng và vị trí các khe thời gian được các tram gốc (base station) quản lý một cách tự động tùy thuộc vào tỉ lệ lưu lượng giữa tín hiệu thoại và dữ liệu trong một tế bào (cell). 3.4 Một số mạng truyền thông phổ biến hiện nay  3.4.3 thông tin vệ tinh  Thông tin vệ tinh có một số tính chất đặc trưng phù hợp với nhiều ứng dụng. Một vệ tinh có vai trò như một bộ lặp sóng ngắn trên không trung, gồm nhiều bộ thu phát tín hiệu làm việc trong một dải tần nhất định, có nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu và sau đó phát lại ở một tần số khác để tránh ảnh hưởng đến tín hiệu thu. Luồng tín hiệu phát xuống có phạm vi rộng, bao phủ một phần của bề mặt trái đất có đường kính khoảng vài trăm km.  Theo định luật Kepler, chu kỳ quay vòng quang trái đất trên quĩ đạo của vệ tinh tỉ lệ với bán kính của quĩ đạo. Như vậy, vệ tinh càng cao thì chu kỳ càng lớn. Các vệ tinh ở gần bề mặt trái đất có chu kỳ khoảng 90 phút, các vệ tinh ở độ cao 35,800 km có chu kỳ khoảng 24 giờ, các vệ tinh ở độ cao 384,000 km có chu kỳ khoảng một tháng. 3.4 Một số mạng truyền thông phổ biến hiện nay  Quỹ đạo hoạt động của vệ tinh: