Chơng một
Tổng quan về hệ thống thông tin vệ
tinh
1.1- lịch sử phát triển thông tin vệ tinh
Chúng ta đang sống trong thời kỳ quá độ tới một xã hội định hớng thông tin
tiên tiến nhờ các công nghệ mới trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Các loại
thông tin truyền trên sang vô tuyến đó là thông tin vô tuyến, đã đi vào đời
sống hàng ngày của chúng ta và chúng ta có thể cảm nhận cuộc sống hiện
tại của cuộc sống xung quanh chúng ta nhờ các hệ thống truyền hình và
điện thoại quốc tế.
Nói chung, thông tin có thể đợc phân ra các loại nh thông tin dùng cáp đồng
trục huặc thông tin dùng cáp sợi quang và thông tin vô tuyến sử dụng sóng vô
tuyến điện nối liền nhiều nơi trên thế giới vợt qua thời gian và không gian.
Hiện nay, các hệ thống cáp biển sử dụng cáp sợi quang đã đợc đa vào sử
dụng cho thông tin quốc tế. Đối với thông tin vô tuyến quốc tế, thông tin vệ tinh
đã cung cấp các đờng thông tin dung lợng lớn thay thế cho thông tin sóng ngắn
trớc đây và đợc sử dụng thờng xuyên hơn.
Thông tin vệ tinh có nhiều lợi thế so với các phơng thức truyền thông
khác đó là:
- Vùng phủ sóng rộng (chỉ cần 3 vệ tinh có thể phủ sóng toàn cầu).
- Thiết bị phát sóng chỉ cần công suất nhỏ.
- Lắp đặt hệ thống mặt đất nhanh, di chuyển dễ dàng.
- Có thể phục vụ nhiều dịch vụ khác.
- Hệ thống truyền dẫn ổn định (kể cả bão to, động đất).
- Thiết bị đặt trên vệ tinh có thể tận dụng năng lợng mặt trời để cấp điện .
- Có thể tận dụng tất cả công nghệ của kỹ thuật số.
Tuy vậy, thông tin vệ tinh cũng có những nhợc điểm:
- Kinh phí đầu t ban đầu lớn.
- Công nghệ không phải lúc nào cũng sản xuất đợc (từ khâu thiết bị đến
khâu phóng, điều khiển và điều hành).
- Bức xạ của sóng bị tổn hao lớn ở những vùng có ma và mây mù.

0
so với mặt phẳng xích đạo.
Loại quỹ đạo có tính ổn định cao nhờ có độ nghiêng mà nó cho phép vệ tinh có
thể phủ sóng đợc ở những nơi có vĩ tuyến cao thuộc phần lớn quỹ đạo khi vệ
tinh đi qua điểm cực viễn so với trái đất. Trong thực tế, quỹ đạo nghiêng hình
Elip có khả năng cung cấp các liên lạc ở các vĩ tuyến trung bình khi mà vệ tinh
gần tới điểm cực viễn so với trái đất và các góc ngẫng gần bằng 90
0
, những điều
kiện tốt này không thể tồn tại trong cùng một vĩ tuyến ở các vệ tinh địa tĩnh.
Một hệ thống vận hành đợc gọi là ELLIPSAT bao gồm 24 vệ tinh ở hai quỹ đạo
khác nhau nghiêng một góc 64
0
(2930 km / 426 km) đợc đề xuất tại Mỹ (ELL-
91) để đạt đợc sự phủ sóng vĩnh cửu.
Sinh viên Nguyễn Xuân Hoàng
2
Hình 1.2 . Mô tả quỹ đạo của vệ tinh MOLNYA của LIÊN XÔ
+ Các quỹ đạo nghiêng tròn, độ cao của vệ tinh so với mực nớc biển là
không đổi và xấp xỉ và trăm nghìn km. Với góc nghiêng gần 90
0
, loại quỹ đạo
này đảm bảo rằng vệ tinh có thể đi qua các vùng của trái đất. Đó là lý do ngời ta
sử dụng loại quỹ đạo này để quan sát các vệ tinh (Ví dụ vệ tinh SPOT; độ cao
830 km ; quỹ đạo nghiêng 98,7
0
; chu kỳ 101 phút). Ngời ta có thể thiết lập các
quá trình lu trữ và chuyển tiếp thông tin nếu vệ tinh đợc trang bị các phơng tiện
lu trữ thông tin. Một số vệ tinh với vùng phủ sóng toàn cầu sử dụng các chòm
sao của sóng mang vệ tinh ở các quỹ đạo tròn, độ cao thấp (cỡ 1000 km) đợc đề

. Với một vệ tinh địa tĩnh, góc ngẫng sẽ giảm khi sự chênh loch về
kinh tuyến, vĩ tuyến giữa trạm mặt đất và vệ tinh tăng.
+ Thời gian truyền dẫn và thời gian trễ : vệ tinh địa tĩnh cung cấp một sự
chuyển tiếp liên tục cho các trạm trong khoảng tầm nhìn nhng thời gian truyền
sóng từ trạm này đến trạm khác bị trễ 0,5s. Điều này yêu cầu phải sử dụng thiết
bị điều khiển tiếng vọng trên các kênh điện thoại hay các giao thức đặc biệt để
truyền số liệu. Thời gian truyền dẫn giữa các trạm sẽ giảm nếu vệ tinh di
chuyển trong một quỹ đạo thấp, thời gian truyền giữa các trạm sẽ giảm xuống
gần bằng thời gian truyền trong tầm nhìn tới vệ tinh. Nhng nó có thể trở nên lâu
(một vài giờ) đối với các trạm xa nếu nh kiểu truyền lu trữ - chuyển tiếp đợc sử
dụng.
+ Nhiễu : vệ tinh địa tĩnh chiếm một vị trí xác định trên bầu trời và việc trao
đổi thông tin với các trạm trên mặt đất. Để chống nhiễu giữa các hệ thống thì
ngời ta phải quy định băng tần và các vị trí quỹ đạo. Không gian quỹ đạo nhỏ
giữa các vệ tinh gần kề nhau tại cùng một tần số sẽ làm tăng độ nhiễu và điều
này sẽ cản trở việc thiết lập các vệ tinh mới. Các hệ thống khác nhau có thể sử
dụng các tần số khác nhau nhng điều này bị hạn chế bởi số lợng băng tần đợc
chỉ định cho không gian thông tin vô tuyến bởi các luật của thông tin vô tuyến.
Trong trờng hợp này, một băng tần có thể bị giới hạn bởi phổ tần của quỹ đạo.
Với các vệ tinh đa vào quỹ đạo thì các thông số hình học của một hệ thống này
đối với hệ thống khác bị biến đổi theo thời gian do đó rất khó đồng bộ điều này
có nghĩa là nhiễu của hệ thống sẽ cao.
+ Hiệu suất của bệ phóng : khối lợng của các vệ tinh đợc phóng giảm đi khi
độ cao tăng.
1.3- phân bổ tần số trong thông tin vệ tinh
Các băng tần số vô tuyến dùng cho các hệ thống thông tin vệ tinh nông thôn,
hiển nhiên là phải tuân theo quy chế vô tuyến. Đặc biệt, các bằng tần đợc phân
định cho các dịch vụ vệ tinh cố định đợc trình bày trong bảng.
Dịch vụ a) Các tần số tuyến lên
(MHz)

FS
BS
FS
BS
FS
FS
FS
FS,FL
FL
FS
FS
FS
7900 8400
10700 11700
12500 12750
12700 12750
14000 14500
14000 14800
17300 18100
27000 27500
27500 31000
7250 7750
10700 11700
11700 12500
11700 12200
11700 12300
12100 12700
12500 12750
12500 12750
11700 21200

Băng tần 2500 2690 MHz :

Tất cả các tần số trong băng tần này là để dành cho các nớc vùng 2 và vùng
3 (không có sự phân định nào đối với băng tần số 2,5 2,7 GHz cho các dịch
vụ vệ tinh cố định trong vùng 1). Tại băng tần 2,5 2,7 GHz, suy hao khí
quyển nhỏ hơn bất kỳ băng tần nào khác, song vì bớc sóng tơng đối dài cho nên
kích thớc của trạm anten mặt đất sẽ phải lớn hơn so với việc sử dụng các băng
tần khác. Ngoài ra, vì băng tần này còn cha đợc sử dụng rộng rãi cho nên rất ít
nhà sản xuất chế tạo các thiết bị tiêu chuẩn thuộc lĩnh vực này. Băng tần này tỏ
rõ lợi thế cho những yêu cầu khiêm tốn ở những điểm không có tắc nghẽn và
các khe quỹ đạo là luôn luôn có sẵn để sử dụng. Tuy nhiên, băng tần này chung
phần với các hệ thống tán xạ đối lu và cần phải phối hợp với chúng.
Băng tần 3400 7075 MHz :
Băng tần này đợc sử dụng nhiều nhất so với tất cả các băng tần khác. Do
điều đó, việc sắp xếp các khe quỹ đạo là tơng đối khó. Mặt khác vì có sẵn thị tr-
ờng rộng lớn cho nên nhiều nhà sản xuất chế tạo thiết bị tiêu chuẩn, giảm đợc
đáng kể giá thành do cạnh tranh và đảm bảo tính hiệu quả kinh tế do quy mô
lớn. Mặc dù suy hao khí quyển hơi lớn hơn so với băng 2,5 2,7 GHz, kinh
nghiệm lịch sử cho thấy rằng có thể đạt đợc dịch vụ thông tin chất lợng cao thực
tế tại tất cả các vùng trên thế giới. Vì có can nhiễu với các hệ thống vi ba mặt
đất sử dụng băng tần này, các trạm mặt đất không đợc lắp đặt tại nhiều vùng
thành phố. Do vậy việc sử dụng băng tần này đòi hỏi phối hợp chặt chẽ với các
hệ thống trên mặt đất đang hoạt động huặc đang trong dự án.
Băng tần 10,700 14,500 GHz :

Băng tần này vừa có lợi thế vừa có bất lợi so với băng tần 3,4 7,1 GHz vốn
đợc sử dụng rất rộng rãi. Nơi nào có băng tần này nói chung không đợc sử dụng
cho các tuyến vi ba mặt đất thì có thể cho các trạm mặt đất hoạt động tại các
trung tâm thành thị. Các anten tại băng tần này rất nhỏ so với các băng tần khác,
do vậy chúng có thể đợc lắp đặt tại các mái nhà của các toà cao ốc. Nơi nào

đờng xuống (downlink).
Chất lợng của một liên lạc vô tuyến đợc xác định bởi tỷ số sóng mang trên
tạp âm (C/N).
Vệ tinh hình thành một điểm trung chuyển trạng thái do các nhóm liên lạc
song song. Khi đó nó đợc xem nh là điểm nút của mạng, truy nhập với vệ tinh
và tới bộ phát đáp vệ tinh bởi một vài sóng mạng có nghĩa là sử dụng các kỹ
thuật đặc biệt, đợc gọi là các kỹ thuật đa truy nhập.
Vệ tinh bao gồm phần trọng tải (payload) và phần nền (platfom). Phần
payload bao gồm các anten thu và tất cả các thiết bị điện tử phục vụ cho việc
truyền dẫn các sóng mang. Phần flatfom bao gồm các hệ thống phụ phục vụ cho
phần payload hoạt động. Chúng bao gồm:
+ Cấu trúc.
+ Nguồn cung cấp điện.
+ Điều khiển nhiệt độ.
+ Điều khiển hớng và qũy đạo.
+ Thiết bị đẩy.
+ Thiết bị bám, đo đạc và điều khiển thực hiện.
Vệ tinh có hai vai trò sau:
+ Khuếch đại các sóng mang thu đợc từ tuyến lên sử dụng cho việc truyền
dẫn lại trên tầng xuống. Năng lợng sóng mang tại đầu vào của máy thu vệ tinh
yêu cầu từ 100pW đến 1nW, còn năng lợng tại đầu ra của bộ khuyếch đại công
suất phát cho tuyến xuống yêu cầu từ 10 100W. Do đó độ lợi công suất có
yêu cầu từ 100 130dB.
+ Thay đổi tần số sóng mạng nhằm tránh hiện tợng một phần công suất phát
đi quay trở về đầu thu, khả năng loại bỏ của đầu vào các bộ lọc tần số tuyến
xuống kết hợp với độ tăng ích anten thấp giữa đầu ra phần phát và đầu vào phần
thu để đảm bảo công suất cỡ 150dB.
Để hoàn thành chức năng của mình thì vệ tinh có thể hoạt động nh một Rơle
đơn giản. Sự thay đổi tần số thông qua một bộ biến đổi tần số. Điều này thấy rõ
trong các vệ tinh thơng mại đợc vận hành hiện nay. Ngời ta gọi chúng là các vệ


Các tín hiệu băng cơ sở
(Đến ngời sử dụng )

Hình 1.5. Mô tả cấu trúc tổng quát của một trạm mặt đất.
Chơng 2
Phân tích tuyến liên lạc trong thông
tin vệ tinh
Sinh viên Nguyễn Xuân Hoàng
9
Bộ phân tuyến
Dẫn đường
Giám sát và
điều khiển
Khuếch đại
công suất RF
Điều chế IF
Khuếch đại
tạp âm thấp
Giải điều chế
IF
2.1- các thông số đặc trng của một anten
2.1.1. Độ tăng ích của anten
Độ tăng ích của anten là tỉ số giữa năng lợng bức xạ (hấp thụ) trên một đơn
vị góc đầy của một anten tại hớng xác định và năng lợng bức xạ (hấp thụ) trên
một đơn vị góc đầy của một anten đẳng hớng. Hai anten này đợc cung cấp cùng
một mức công suât.
Độ tăng ích đạt giá trị lớn nhất tại hớng bức xạ cực đại và đợc xác định bởi
công thức :
G

Nếu biểu diễn dới dạng dB thì độ tăng ích của anten trong thực tế là :
G
max.dB
= 10.log.(.D/)
2
= 10 log.(.D.f/c)
2

Hiệu suất là tích các hiệu suất thành phần, bao gồm hiệu suất chiếu sáng,
suy hao do tràn, sự suy bề mặt, những suy hao do điện trở hay ghép không đối
xứng ..v..v..
=
i
.
s
.
f
.
z
. (2.2)
Hiệu suất chiếu sáng
i
đợc xác định theo luật chiếu sáng của vật phản xạ
trong môi trờng chiếu sáng đồng nhất. Sự chiếu sáng đồng nhất (
i
= 1) tạo ra
mức cao của các cực đại thứ cấp. Cần phải có điều kiện với sự suy giảm chiếu
sáng tại các đờng biện của vật phản xạ.
Hiệu suất tràn
s

dạng toạ độ cực hay toạ độ Decac.
Các cực đại phụ và cực đại chính bao gồm hớng bức xạ cực đại có thể đợc
xác định .
(a): Trong toạ độ cực ; (b): Trong toạ độ vuông góc Decac.
Hình 2.1. Đồ thị ph ơng h ớng bức xạ của anten
2.1.3. Độ rông của búp sóng.

Đây là góc đợc xác định bởi các hớng trong đồ thị phơng hớng cụ thể biểu
diễn giá trị lớn nhất độ tăng ích của anten. Độ rộng 3dB đợc xác định trên hình
bằng góc
3dB
và rất hay đợc sử dụng. Độ rộng 3dB tơng ứng với góc giữa hai h-
ớng mà tại đó giá trị lớn nhất của độ tăng ích giảm xuống một nửa. Độ rộng
3dB phụ thuộc vào tỷ số /D bởi hệ số mà giá trị của nó phụ
Sinh viên Nguyễn Xuân Hoàng
11
thuộc vào luật chiếu sáng đợc chọn. Đối với luật chiếu sáng đồng nhất, hệ số
này đạt giá trị 58,5
0
. Đối với luật chiếu sáng không đồng nhất, gây sự suy giảm
lại các đờng biên của vật phản xạ, độ rộng 3dB tăng và giá trị của hệ số phụ
thuộc vào các tính chất đặc biệt của luật.
Giá trị mà hiện nay sử dụng là 70
0
, do đó ta có công thức sau :

3dB
= 70(/D) = 70(c/f.D) (độ) (2.3)
Tại hớng , đối với tầm nhìn thẳng, giá trị độ tăng ích đợc xác định bởi biểu
thức :

)
2
(2.6)
Trong đó :
3dB
đợc tính bằng độ.
G
max
= 44,6 20Log
3dB
170

3dB

=
(G
max.dB
/ 20)
10
2.1. 4 . Sự phân cực của sóng.

Sóng điện từ đợc bức xạ bởi anten bao gồm một thành phần điện trờng và
một thành phần từ trờng. Hai thành phần này trực giao và vuông góc với hớng
truyền sóng, chúng biến đổi theo tần số của sóng. Theo quy ớc sự phân cực của
sóng đợc xác định bởi hớng của điện trờng. Nói chung hớng của điện trờng
không cố định và biên độ của nó không phải là hằng số.
Hình 2.2. Mô tả sự phân cực của sóng điện từ trong không gian
Sinh viên Nguyễn Xuân Hoàng
12
Trong một chu kỳ hình chiếu của một mũi véc tơ đại diện cho điện trờng trên

c
b
x
Tại anten Tại anten
phát thu
a
x
b b
c
Mặt phẳng ngang
Hình 2.2. Mô tả biên độ của c ờng độ điện tr ờng phát và thu trong tr ờng hợp
phân cực tuyến tính trực giao
Theo hình vẽ, giả thiết rằng a và b là các biên độ (đợc xem là bằng nhau),
điện trờng của hai sóng đợc truyền song song với phân cực thẳng a
c
và b
c
là các
biên độ đợc thu cùng với một phân cực a
x
đợc thu với phân cực trực giao. Có thể
xác định đợc :
- Sự cách ly phân cực chéo : XPI = a
c
/ b
x
huặc b
c
/ a
x

giao. Sự phân cực chéo thông thờng có giá trị lớn nhất trên trục anten và suy
biến đối với các hớng khác.
2.2- công suất bức xạ (phát).
2.2.1. Công suất bức xạ đẳng h ớng t ơng đ ơng (EIRP).
Công suất đợc bức xạ trên một đơn vị góc đặc bởi một anten đẳng hớng đợc
cung cấp từ một nguồn công suất tần số vô tuyến P
T
đợc xác định bởi biểu thức :
P
T
/ 4 (W / Steradian)
Tại một hớng, với giá trị độ tăng ích của truyền dẫn là G
T
bức xạ công suất
của bất kỳ anten nào trên một đơn vị góc đầy tơng đơng với :
G
T
.P
T
/ 4 (W / Steradian)
Tích (G
T
.P
T
) đợc gọi là công suất bức xạ đẳng hớng tơng đơng với kí hiệu là
EIRP, đơn vị là W.
2.2.2. Mật độ thông l ợng công suất.
Bề mặt của điện tích hiệu dụng A nằm cách anten phát một khoảng R trơng
cung một góc đầy A/R
2