1

1
Lời nói đầu

Công nghệ thông tin vệ tinh đóng một vai trò rất quan trọng trong thông
tin liên lạc. Thông tin vệ tinh đảm bảo các kết nối giữa các lục địa, các quốc
gia trong khu vực các vùng trong một quốc gia. Thông tin vệ tinh rất đa dạng
về loại hình dịch vụ cung cấp (thoại, dữ liệu, hình ảnh, phát thanh- truyền
hình, thông tin di động, định vị dẫn đờng, khí tợng ). Một tuyến liên lạc vệ
tinh có thể cung cấp dung lợng lớn có thể thay đổi theo nhu cầu với độ tin
cậy cao, việc thiết lập tuyến cũng nhanh chóng.
Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin quang thì
thông tin quang và thông tin vệ tinh trở thành hai phơng thức chính đảm bảo
các kết nối khu vực và quốc tế. Hai phơng thức này song song tồn tại và bổ
trợ cho nhau. Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ vi điện tử số, giá
thành các thiết bị đầu cuối thông tin giảm trong khi các tính năng thì ngày
càng đợc bổ xung và hoàn thiện. Các nhà sản xuất trên thế giới đang nỗ lực
sản xuất các thiết bị thu phát tín hiệu vệ tinh cho gia đình có giá thành dới
300USD phục vụ cho các dịch vụ DTH (Direct to Home) tơng tác hai chiều.
Đây sẽ là một trong những hớng phát triển chính của dịch vụ thông tin vệ
tinh trong thế kỷ 21 này bên cạnh các dịch vụ truyền thống.
Với sự hớng dẫn của phú giỏo s, tiờn s Pham Minh Viờt, tôi đ thực
hiện luận văn với đề tài Nghiên cứu kỹ thuật thông tin vệ tinh, thiết kế trạm
mặt đất ứng dụng trong truyền hình kỹ thuật số. Bản luận văn này đề cập các
kiến thức cơ bản của thông tin vệ tinh và thiết kế một trạm vệ tinh mặt đất cho
Công ty Viễn thông Quân đội (Viettelsat-1). Nội dung của luận văn gồm:

2


1.1. Tại sao lại sử dụng thông tin vệ tinh:
Thông tin là một nhu cầu cơ bản của một x hội phát triển. Có nhiều
phơng thức truyền thông tin : hữu tuyến ( cáp đồng trục, cáp quang ), vô
tuyến ( vi ba, vệ tinh ), Việc chọn phơng thức truyền thông tin phụ thuộc
vào loại dịch vụ, giá thành, độ tin cậy yêu cầu. Cùng với sự phát triển của
công nghệ chế tạo, phóng vệ tinh, các thiết bị viễn thông phạm vi sử dụng vệ
tinh ngày càng mở rộng sang nhiều lĩnh vực: truyền số liệu, truyền hình, thông
tin di động, định vị dẫn đờng
Thông tin vệ tinh có những đặc điểm sau:
Vùng phủ sóng lớn: với 3 vệ tinh địa tĩnh có thể phủ sóng toàn cầu.
Dung lợng thông tin lớn: do có băng tần công tác rộng và áp dụng
kỹ thuật sử dụng lại băng tần.
Độ tin cậy thông tin cao: tuyến thông tin chỉ có 3 trạm hai trạm đầu
cuối mặt đất, vệ tinh đóng vai trò nh trạm lặp xác suất lỗi do khí quyển và
do fading là không đáng kể. Tỉ lệ lỗi bit có thể đạt
9
10

.
Tính linh hoạt cao: hệ thông thông tin đợc thiết lập nhanh chóng
trong điều kiện các trạm ở mặt đất ở rất xa nhau, dung lợng thông tin có thể
thay đổi theo yêu cầu.
Đa dạng về loại dịch vụ : có rất nhiều loại dịch vụ nh:
+ Dịch vụ thoại, fax, telex cố định.
+ Dịch vụ phát thanh truyền hình quảng bá.
+ Dịch vụ định vị dẫn đờng, cứu hộ.
+ Dịch vụ thông tin di động.
+ Dịch vụ khôi phục cáp.

4


Hình 1.1: Quỹ đạo của vệ tinh.
1.3 Vùng phủ sóng của vệ tinh:
Vì bề mặt của trái đất có diện tích 2/3 là nớc nên việc phủ sóng toàn
cầu không đáp ứng tốt cho các dịch vụ của các trạm mặt đất. Giảm vùng phủ
sóng dẫn đến việc tăng hệ số tăng ích của anten trong vùng phủ sóng đó. Mặt
khác giới hạn vùng phủ sóng lên các vùng dịch vụ có thể sử dụng lại tần số
phân chia theo không gian; hai búp sóng không chồng lấn lên nhau có thể sử
dụng cùng một tần số mà can nhiễu lên nhau giảm.
1.3.1.Phạm vi phủ sóng:
Hiện nay trong kỹ thuật vệ tinh sử dụng các phạm vi phủ sóng sau:
Phủ sóng cục bộ:
Phủ sóng cục bộ bao gồm truyền dẫn trong 1 vùng xác định( trong một
thành phố hoặc một vùng) cung cấp các dịch vụ phân phối địa phơng nhằm
đáp ứng yêu cầu của khách hàng trong thành phố, hay trong một vùng. Chùm
sóng của vệ tinh có độ tăng ích định hớng cao trong những vùng phủ sóng
đặc biệt. Các chùm sóng đợc tối u hoá cho dung lợng cao nhất của hệ
thống và hoạt động cho các nội dung dịch vụ miền
Phủ sóng vùng:

6

6
Sự phân chia phủ sóng vùng dựa trên cơ sở ngôn ngữ hay địa lý (đất
nớc). Vùng phủ sóng này đợc tạo ra bởi một chùm sóng anten đơn hoặc
nhiều chùm sóng nhỏ bao phủ vùng đợc yêu cầu. Phủ sóng vùng tạo ra để
phát xạ năng lợng cho khách hàng nhằm đáp ứng các nhu cầu về ngôn ngữ và
các vấn đề về chính trị ( sự đồng sắp xếp tần số, sự giới hạn nội dung) chùm
sóng vùng cung cấp khả năng định hớng cao có thể đợc sử dụng để tăng
hiệu suất năng lợng của vệ tinh hay giảm chi phí của hệ thống trên mặt đất.

Hình 1.3a: Một chùm phủ sóng đơn Hình 1.3b: Nhiều chùm sóng

Có hai cách phủ sóng : Dùng 1 chùm sóng đơn rộng và 1 tập hợp các
chùm sóng điểm. Ví dụ 1 hệ thống sử dụng phân cực đôi và gồm 50 chùm
điểm lúc đó băng thông hiệu dụng thực chất đợc tăng lên. Sử dụng lại tần số

8

8
đợc tạo ra 310 bộ phát đáp tơng ứng (36 MHz) gấp 10 lần khả năng bộ phát
đáp trong vệ tinh sử dụng một chùm sóng đơn .
Ta có:
ESB =(Số ô)x(Độ rộng băng thông dự định)/ Hệ số sử dụng lại tần số
=
GHz
MHzxx
5,12
4
)500()250(
=

Số lợng bộ phát đáp tơng đơng 36M là:
ENT = 12,5GHz/40MHz=310(bộ)
ESB:Effective System Bandwith
ENT:Equivalent Number Transponder
Kế hoạch phát đa tần số:
Kế hoạch phát đa tần số dùng cùng tần số cho nhiều phần khác nhau

khu vực này hoặc phải chia sẻ với các dịch vụ khác. Các dịch vụ cố định sử
dụng các băng tần sau:
- Băng L:
- Tuyến lên khoảng 1,6GHz; tuyến xuống khoảng 1,5GHz dùng cho
thông tin di động vệ tinh.
- Băng C:
- Tuyến lên 5,925 đến 6,425GHz; tuyến xuống 3,7 đến 4,2GHz. Băng
này đợc sử dụng bởi hệ thống Intelsat và các vệ tinh nội hạt: Westar, Satcom,
Comstar (Mỹ), Anik (Canada), STW và Chinasat (Trung Quốc), Palapa
(Indonexia), Telecom1(Pháp) và CS2(Nhật).
- Tuyến lên: 5,725 đến 6,275GHz; tuyến xuống: 3,4 đến 3,9GHz Dùng
trong hệ thống Intersputnik (Nga)
- Tuyến lên: 5,850 đến 7,075GHz; tuyến xuống: 3,4 đến 4,2 GHz hoặc
4,5 đến 4,8GHz Dùng cho các băng tần mở rộng do WARC phân định
- Băng X:
- Tuyến lên: 7,925 đến 8,425GHz; tuyến xuống: 7,25 đến 7,75GHz
Dùng cho các vệ tinh thông tin của quân đội và chính phủ. 10

10
- Băng Ku:
-13/11 GHz: tuyến lên: 12,75 đến 13,25GHz; tuyến xuống: 10,7 đến
11,7GHz Đây là dải các băng tần mở rộng đợc WARC phân định.
- 14/11GHz: tuyến lên: 14 đến 14,5GHz; tuyến xuống: 10,95 đến
11,2GHz hoặc 11,45 đến 11,7 Dùng trong các vệ tinh Intelsat, Eutelsat và các
vệ tinh Nga.
- 14/12GHz: tuyến lên 14 đến 14,5GHz hoặc 14 đến 14,25; tuyến
xuống 11,7 đến 12,2GHz hoặc 12,5 đến 12,75GHz Dùng trong các vệ tinh

tởng thì B
RES
=1Hz nhng trên thực tế B
RES
bằng khoảng 1% B
ALL
.

11

11

Hình 1.4. Các định nghĩa băng tần
Các dải B
ALL
của các trạm mặt đất đợc đặt sát cạnh nhau cho nên
giữa chúng phải có một khoảng bảo vệ nào đó nhằm tránh xuyên nhiễu. Vì
vậy thực sự các sóng mang chỉ làm việc với dải tần chiếm dụng B
OCC
nhỏ hơn
và nằm trong B
ALL
. B
OCC
đợc xác định bằng khoảng băng tần giữa hai B
RES
sao
cho giá trị công suất đỉnh lớn hơn công suất mỗi B
RES
tối thiểu 40dB. Thông

bằng với B
OCC
dựa trên việc giảm mức
công suất phát cần thiết của các trạm mặt đất. Một trong những kỹ thuật

12

12
đợc áp dụng để giảm công suất phát mà vẫn đảm bảo tỷ lệ BER là m sửa
lỗi trớc FEC.
Độ rộng dải tần B
ALL
đợc vệ tinh cung cấp cho các trạm mặt đất
theo yêu cầu của từng trạm nhng bao giờ cũng phải bằng số lẻ lần của
bớc 22,5KHz. Qui định này nhằm làm cho quá trình phân bổ tần số đơn
giản và thuận tiện nhất. Nhng hiện nay với sự tiến bộ của kỹ thuật tốc độ
các luồng ngày càng nhỏ hơn, chiếm dụng ít băng tần hơn cho phép linh
hoạt hơn trong việc chia các bớc khác nhau cho B
ALL
.
1.5. Các phơng pháp truy nhập vào vệ tinh:
1.5.1. Phơng pháp truy nhập phân chia theo tần số (FDMA)
Trong phơng pháp này độ rộng băng tần ( thờng là 500MHz) đợc
chia nhỏ thành các phần gọi là các bộ phát đáp (Transponder) thờng là 36
hoặc 72 MHz. Trạm mặt đất sẽ điều chỉnh tần số thu và phát sao cho bằng với
tần số thu và phát của Transponder. Các tín hiệu sẽ đợc phát đi đồng thời
nhng tại các tần số khác nhau, mỗi sóng mang sẽ chiếm một dải tần định
trớc tơng ứng với các Transponder.
Có hai kiểu FDMA đợc dùng là MCPC ( Multi Channel Per Carrier) và
SCPC ( Single Channel Per Carrier ).

bộ với cấu hình dạng hoàn toàn lới, một số thuê bao trong một vùng dịch vụ
của một trạm mặt đất nào đó qua các kênh vệ tinh để thiết lập đờng thông với
các vùng dịch vụ của các trạm mặt đất khác.DAMA có nhiều ứng dụng trong
mạng viễn thông và ngày nay càng đợc sử dụng rộng ri.
Khi bắt đầu mỗi cuộc gọi thì trạm trung tâm chọn kênh vệ tinh và phân
định các bộ MODEM ở cả hai trung tâm đờng trục có thuê bao gọi đi và thuê
bao gọi đến để thực hiện thiết lập cuộc gọi tại các vị trí xa mỗi đờng trục
đợc nối với các bộ MODEM hoạt động theo phơng thức SCPC và các bộ
MODEM đợc điều khiển tới các tần số sóng mang đợc phân định bằng các
lệnh từ bộ điều khiển phân định theo nhu cầu từ xa.

14

14
Trung tâm điều khiển mạng DAMA đợc xem nh quan trọng nhất, nó
có máy điều khiển chủ MCC nối với MODEM kênh số liệu để liên lạc với các
bộ điều khiển phân định từ xa và MCC cũng đợc nối với các MODEM thu
phát thoại để thu tín hiệu báo hiệu. Trung tâm điều khiển DAMA có chức
năng chính là phân định các kênh vệ tinh cho các cuộc gọi mới. Nó có thể
thay đổi cấu hình hệ thống, giám sát chất lợng. Khai thác tổng thể hệ thống
thông qua ngời khai thác.
Tuy vậy thời gian trễ truyền dẫn không dới 810ms vì vậy không kinh
tế khi dùng DAMA cho dịch vụ truyền số liệu. Ví dụ truyền bản tin 8Kb trên
thiết bị đầu cuối 2,048 Mbps chỉ hết 3,91 ms mà hệ thống phải tốn không dới
810 ms để thiết lập cuộc nối. Nên sử dụng DAMA cho liên lạc điện thoại.
1.6. Các dịch vụ cung cấp bởi thông tin vệ tinh:
Phạm vi phục vụ của thông tin vệ tinh rất rộng, nó có thể đảm bảo hầu
hết các dịch vụ của thông tin viễn thông nh cố định và di động. Các loại dịch
vụ có thể đợc vệ tinh cung cấp là:
- Điện thoại.

1.6.3. Dịch vụ phát thanh, truyền hình:
Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của truyền hình số, các dịch vụ DTH
(Direct to home) qua vệ tinh tận dụng đợc những u điểm vốn có của thông
tin vệ tinh là vùng phủ sóng rộng, thiết bị đầu cuối rẻ và nhỏ gọn dễ triển khai,
lắp đặt khi sử dụng băng tần Ku. DTH là một trong những hớng phát triển
dịch vụ truyền hình trả tiền bên cạnh các chơng trình quảng bá của Đài
Truyền hình Việt nam. Thông tin vệ tinh cũng cung cấp các dịch vụ phát
quảng bá cho phát thanh thông qua hệ thống VSAT, nơi mà phạm vi đảm bảo
của hệ thống phát thanh mặt đất không đáp ứng đợc có thể dùng các trạm
remote VSAT thu và phát lại các chơng trình của đài trung ơng. Mô hình
này đang đợc Đài Tiếng nói Việt nam áp dụng cho các đài phát địa phơng ở
các vùng xa, hải đảo.

16

16
Dịch vụ vệ tinh cũng đáp ứng rất tốt cho các dịch vụ phát thanh truyền
hình lu động với các thiết bị nhỏ gọn có thể mang xách tay đợc và triển khai
rất nhanh.
1.6.4. Dịch vụ truyền số liệu và các dịch vụ nghiệp vụ kinh
doanh mới:
Do nhu cầu ngày càng cao của nền kinh tế hội nhập toàn cầu hoá nên
đòi hỏi phát triển nhiều loại dịch vụ thông tin nghiệp vụ phục vụ kinh doanh
mới ứng dụng truyền dẫn số. Các ứng dụng này dựa trên các thành tựu tiên
tiến của công nghệ viễn thông và tin học, xử lý số tín hiệu. Các thành tựu này
thờng đợc ứng dụng cho các dịch vụ kiểu Telematic, bao gồm:
- Phân chia dung lợng tính toán giữa các phơng tiện (ví dụ giữa các
máy tính tập trung hay phân tán).
- Thiết lập các đờng thông tin tốc độ cao để đảm bảo sự trao đổi và
chuyển mạch thông tin nhanh chóng giữa các chế độ chủ yếu của mạng xử lý

Trong các thời gian có thiên tai, động đất chiến tranh, các phơng tiện
liên lạc trên mặt đất có thể bị phá huỷ hay quá tải thì thông tin vệ tinh có thể
đợc triển khai một cách nhanh chóng, hiệu quả bằng các thiết bị có thể mang
vác bằng tay, đáp ứng kịp thời các nhu cầu liên lạc khẩn cấp.
Ngày nay hệ thống GPS rất phát triển có thể cung cấp thông tin chính xác,
nhanh chóng về vị trí của các đối tợng cần xác định. Hệ thống này đóng vai trò
rất quan trọng trong các lĩnh vực an ninh quốc phòng và dân sự.
1.6.7. Các dịch vụ hỗ trợ, dự phòng cho các tuyến cáp backbone:
Thông tin vệ tinh có thể đáp ứng đợc nhu cầu về dung lợng lớn của
các tuyến cáp backbone khi bị sự cố hoặc trong thời gian bảo hành sửa chữa.
1.7. Cấu hình một hệ thống thông tin vệ tinh:
Một hệ thống thông tin vệ tinh bao gồm hai phân hệ chính đó là: phân
hệ không gian và phân hệ mặt đất.
1.7.1. Phân hệ không gian:
Phân hệ không gian bao gồm vệ tinh và tất cả các thiết bị phụ trợ cho
hoạt động của vệ tinh nh các trạm điều khiển và giám sát vệ tinh. Các trung
tâm này có nhiệm vụ bám sát, đo lờng từ xa và điều khiển (TT&C-
Tracking Telemetry and Command) để giữ cho quỹ đạo vệ tinh luôn ổn định,

18

18
điều khiển phạm vi, hớng các chùm sóng của anten và kiểm tra giám sát các
thông số hoạt động của vệ tinh nh: nguồn điện, tình trạng nhiên liệu, nhiệt
độ của anten,
Tuyến mà trạm mặt đất phát, vệ tinh thu gọi là tuyến lên (up link),
tuyến mà vệ tinh phát, trạm mặt đất thu gọi là tuyến xuống (down link).
Vệ tinh gồm hai phần chính là: phần tải trọng (payload) và phần nền
(platform). Phần tải trọng gồm anten và các thiết bị điện tử phục vụ cho truyền
dẫn nh các bộ phát đáp (transponder), các bộ lọc, khuếch đại tạp âm

dẫn sóng. Nhiệm vụ của bộ LNA là khuếch đại tín hiệu từ nền nhiễu lên đủ
lớn mà không làm ảnh hởng chất lợng tín hiệu. Bộ LNA đợc làm lạnh
bằng Nitrogen lỏng hoặc hiệu ứng nhiệt điện Peltier. Hệ số phẩm chất G/T của
hệ thống phụ thuộc chủ yếu vào phẩm chất của anten và LNA.
Bộ đổi tần (FC-frequency converter): Dùng biến đổi tần số thu đợc
xuống tần số thấp hơn và phát xuống, đồng thời khuếch đại tín hiệu để bù suy
hao của chính nó. Có thể có 2 kiểu đổi tần là đổi một lần và đổi hai lần tuỳ
thuộc vào số bộ dao động nội (LO) trên vệ tinh. Đổi tần một lần có u điểm là

20

20
đơn giản vì chỉ cần một bộ LO, nhng nhợc điểm của nó là dễ bị nhiễu lọt
thẳng và phổ tần sau khi biến đổi bị đảo ngợc. Đổi tần hai lần tuy có phức tạp
hơn vì phải dùng tới hai bộ LO nhng lại khắc phục đợc những nhợc điểm
của phơng pháp trên.
Bộ khuếch đại tiền công suất PPA và bộ phân chia HYBRID: Bộ
PPA(Prior Power Amplifier) làm nhiệm vụ khuếch đại sơ bộ công suất tín
hiệu đi ra từ bộ đổi tần để cung cấp cho các bộ phát đáp (transponder). Việc
phân chia này do bộ HYBRID thực hiện, bộ HYBRID có n đầu ra tơng ứng
với số transponder trên vệ tinh.
Bộ MUX: Trớc khi ra anten phát tín hiệu của các transponder ở các
băng tần con khác nhau phải đợc ghép lại với nhau. Yêu cầu ghép phải đảm
bảo cho sự can nhiễu giữa các kênh vệ tinh là thấp nhất và mức công suất của
chúng đồng đều nhau trong tín hiệu tổng hợp. Có nhiều kỹ thuật đợc áp dụng
cho bộ MUX nhng thông dụng nhất vẫn là bộ CIRCULATOR.
Các bộ phát đáp (Transponder): Một transponder gồm một loạt các
khối đợc kết nối với nhau tạo ra một kênh thông tin giữa anten thu và anten
phát. Để xem xét một cách chi tiết cấu tạo của một transponder ta lấy ví dụ
với băng tần C. Băng thông của băng tần C là 500MHz đợc chia ra làm nhiều

TT & C. Đèn khuyếch đại sóng chạy (TWTA) đợc sử dụng rộng ri trong bộ
phát đáp với cấu hình dự phòng 1:5 để cung cấp cho đầu ra yêu cầu truyền tới
anten. Hiện nay ngời ta dùng HPA bán dẫn SSPA.
1.7.2. Phân hệ mặt đất:
Khoảng cách từ trạm mặt đất đến vệ tinh khoảng 36000 Km xa hơn 700
lần so với các trạm chuyển tiếp trong hệ thống Viba mặt đất. Do vậy, chúng ta
phải có công nghệ thu tín hiệu rất nhỏ từ vệ tinh và phát công suất đủ lớn,
đồng thời phải đối phó với thời gian trễ. Phân hệ mặt đất hay còn gọi là các
trạm thu phát 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.
+ Bộ thu tạp âm thấp, các bộ điều chế và giải điều chế.
+ Các bộ đổi tần tuyến lên và tuyến xuống.
+ Các bộ ghép kênh và giải ghép kênh.
+ Bộ khuyếch đại công suất cao.

23

23Hình 1.9: Sơ đồ một tuyến liên lạc vệ tinh.
* Khối MOD (Modulation): có nhiệm điều chế tín hiệu BB (Base band)
lên thành tín hiệu trung tần IF đồng thời nó có nhiệm vụ m hoá kênh truyền
để chống lỗi.
* Khối U/C (Up Converter): có nhiệm vụ đổi tín hiệu trung tần IF thành
tần số cao tần RF, nó biến đổi tín hiệu trung tần lên tần số các băng C, K
u
tuỳ
theo yêu cầu.

tham số và transistor trờng.
* Khối Divider : Mục đích của bộ Divider là để phân chia đầu ra từ
LNA đến các bộ biến đổi hạ tần.
* Khối D/C (Down Converter): có nhiệm vụ biến đổi tín hiệu cao tần
RF thu đợc thành tín hiệu trung tần IF.
* Khối DEM (Demodulation): có nhiệm vụ giải điều chế, giải m hoá
kênh truyền thành tín hiệu BB (Base band).
* Anten: có nhiệm vụ bức xạ (thu) tín hiệu RF lên (từ) vệ tinh. Đờng
kính anten thu, phát của trạm mặt đất thông thờng có đờng kính từ 0,6m
đến 30m tuỳ theo tiêu chuẩn từng loại trạm. Hệ số khuyếch đại anten quy về
đầu vào máy thu kể cả suy hao do fiđơ đợc tính theo công thức sau đây:

25

25
fido
L
D
G
2
22



=
.
Trong đó:
D: đờng kính anten tính theo mét.



Băng C (6/4)
C
11ữ30
Băng Ku(14/11 & 12)
D1 5,5 Băng C (6/4)
D2 10 Băng C (6/4)
E1 3,5 Băng Ku(14/11 & 12)
E2
5ữ7
Băng Ku(14/11 & 12)
E3
8ữ10
Băng Ku(14/11 & 12)
F1
4,5ữ5
Băng C (6/4)
F2
7ữ8
Băng C (6/4)
F3
8ữ10
Băng C (6/4)
G(VSAT)
0,6ữ2,4
Băng C hoặc Ku
G(TVRO)
1,2ữ11
Băng C hoặc Ku
Z
0,6ữ22