1

MỤC LỤC


2

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
ADC
ADSL
AGC
AS
AWGN
BER
BSC
BSS
BTS
BWA
CDMA
CDN
CR
CSTR
DAB
FCC
FDMA
FEC
FSS
GEO
GPRS
GPS
GSM

Forward Error Correction
Fixed Satellite Services
Geostationary satellite
General Packet Radio Service
Global Positioning System
Global System for Mobile
High altitude platforms
Hybrid Satellite Terrestrial
System
Institute of Electrical and
Electronics Engineers
Intermediate Frequency
Intermediate Module Repeater
Internet Protocol Television
Incumbent spectral users
Interference temperature
knowledge

Mạch chuyển đổi tương tự ra số
Đường dây thuê bao số không
đối xứng
Điều khiển độ lợi tự động
Hệ thống thích nghi
Tạp âm Gausse trắng cộng sinh
Tỉ lệ lỗi bit
Bộ điều khiển trạm gốc
Dịch vụ Vệ tinh Quảng bá
Trạm thu phát sóng di động
Truy nhập không dây băng
thông rộng

ITU
LAN
LNA
MANET
MBMS
MIH
MSS
OFDM
P2P
PAN
PLL
PLMN
PSTN
PU
QID
QoS
RAN
RCS
REM
RF
RNC
SD
S-DMB
SDR
SI
SI-SAP
S-RAN
STC
SU
S-UMTS

Public Switched Telephone
Mạng điện thoại chuyển mạch
Network
công cộng
Primary User
Người dùng chính
Queue IDentifiers
Trình xác minh hàng chờ
Quality of Service
Chất lượng dịch vụ
Regional area network
Mạng khu vực
Return channel via satellite
Kênh nhận thông qua vệ tinh
Radio Environment Maps
Bản đồ môi trường vô tuyến
Radio Frequency
Tần số vô tuyến
Radio Network Controller
Bộ điều khiển thông tin di động
thế hệ 3
Satellite Dependent
Vệ tinh phụ thuộc
Satellite digital multimedia
Vệ tinh kỹ thuật số quảng bá đa
broadcasting
phương tiện
Software Defined Radio
Vô tuyến định nghĩa bằng phần
mềm

Ultra-Wideband
Vol Cotrol OSC

VOD
VSAT

Video On Demand
Very Small Aperture Terminal

WRAN

Wireless Regional Areas
Network
Wireless World Research
Forum

WWRF

Truyền hình chỉ thu
Hệ thống viễn thông di động
toàn cầu
Băng siêu rộng
Bộ dao động điều khiển bằng
điện áp
Video theo yêu cầu
Trạm thông tin vệ tinh - mặt đất
cỡ nhỏ
Mạng không dây khu vực
Diễn đàn Nghiên cứu Thế giới
Không dây

pháp cấp phát tần số cố định là không tận dụng được tối đa tài nguyên băng
thông. Theo Ủy ban truyền thông liên bang Hoa Kì – FCC hiệu suất sử dụng dải
tần số đã được cấp phép chỉ khoảng 15-85% trên phổ tần khả dụng. Điều này đặt
ra yêu cầu cấp thiết đó là phát triển một công nghệ vô tuyến mới có khả năng
nâng cao hiệu suất sử dụng phổ tần, tránh lãng phí tài nguyên tần số.
Công nghệ Cognitive Radio (vô tuyến nhận thức) được phát triển để đáp
ứng nhu cầu trên. Hệ thống vô tuyến nhận thức bằng những kỹ thuật riêng của
mình sẽ khai thác các dải thông có thời điểm bị bỏ trống để cung cấp băng thông
cho các dịch vụ vô tuyến thông qua kiến trúc mạng tiên tiến, mềm dẻo và khả
năng truy cập phổ tần linh hoạt. Cùng với hệ thống lại ghép vệ tinh - mặt đất,
việc ngày càng sử dụng các thiết bị thông minh và tăng tải trên mạng mặt đất để
cung cấp các dịch vụ dữ liệu băng thông cao cùng với các dịch vụ thoại, các hệ
thống lai ghép vệ tinh - mặt đất có thể được sử dụng hiệu quả và nâng cao hiệu
suất sử dụng mạng thông tin vệ tinh để phục vụ cho nhu cầu càng ngày càng
tăng. Ngoài ra, các vấn đề trong việc phủ sóng ở mọi nơi, thậm chí ở các vùng
sâu vùng xa, với sự hoàn chỉnh các dịch vụ sẵn có ở khu vực thành thị, có thể có
xu hướng sử dụng các hệ thống lai ghép. Vì vậy, vô tuyến nhận thức hoạt động
trên nền hệ thống vô tuyến được định nghĩa bằng phần mềm, đặc biệt là khi tích


8

hợp với hệ thống lai ghép vệ tinh - mặt đất, hứa hẹn là một trong những công
nghệ đầy triển vọng, phù hợp với tiến trình phát triển của các hệ thống thông tin
vô tuyến
Đồ án “Nghiên cứu kỹ thuật vô tuyến nhận thức cho hệ thống lai ghép
giữa mạng thông tin vệ tinh và mạng mặt đất” với mục đích nghiên cứu tìm
hiểu ứng dụng của vô tuyến nhận thức trong các hệ thống lai ghép vệ tinh - mặt
đất. Từ đó làm tiền đề phục vụ cho công tác sau này. Đồ án đước chia làm 3
chương:

Trong năm 1965 vệ tinh địa tỉnh thương mại đầu tiên INTELSAT-1 đánh
đấu sự mở đầu cho hàng loạt các vệ tinh INTELSAT. Cùng năm đó, Liên Xô cũ
cũng đã phóng vệ tinh truyền thông đầu tiên trong loạt vệ tinh truyền thông
MOLNYA.

1.1.2 Lịch sử phát triển của các hệ thống vệ tinh:


10


Hệ thống vệ tinh di động

Hình 1.1 Sự phát triển của vệ tinh di động.
Hình 1.1 thể hiện một số mốc quan trọng và các hệ thống vệ tinh di động
chính (MSSs) từ đó mà ra. Điều thú vị mà ta cần lưu ý, đó là INMARSAT bắt
đầu có mặt cùng khoảng thời gian với các nhà khai thác di động đầu tiên cung
cấp các dịch vụ tương tự thế hệ đầu. Trong giai đoạn đầu, INMARSAT cung cấp
các dịch vụ thoại và tốc độ dữ liệu thấp cho các thị trường hàng hải trên các tàu
lớn trong dải L sử dụng vệ tinh phủ sóng toàn cầu. Trong giai đoạn 1990-1991,
INMARSAT đã bổ sung các dịch vụ hàng không cho máy bay chở khách và một
số loại xe, với việc giới thiệu các vệ tinh có công suất cao hơn. Điều này đã
được thực hiện trong năm 1997-1998 với hoạt động trên toàn thế giới trong
MSSs và giới thiệu phân trang, chuyển hướng, tăng chỉ số cho máy tính đầu
cuối. INMARSAT đã tập trung vào việc sử dụng các vệ tinh địa tĩnh (GEO), và
vào giữa những năm 1990, một số hệ thống GEO khu vực nổi lên trong cạnh
tranh (ví dụ, OMNITRACS, EUTELTRACS, AMSC và OPTUS) tập trung vào
các phương tiện giao thông đường bộ và sử dụng cả hai băng L và Ku . Đây chỉ





12

Dù mới chỉ ở những ngày đầu tiên, những hệ thống siêu vệ tinh GEO này
dường như đã thành công khi tìm kiếm một vị trí thích hợp với thị trường khách
du lịch, xe tải và các khu vực mà di động mặt đất rất đắt tiền để triển khai. Trong
khi đó, INMARSAT đang cung cấp siêu vệ tinh GEO của riêng mình,
INMARSAT IV (lần đầu tiên ra mắt vào quý I năm 2005) để thực hiện các dịch
vụ số hiện có từ 64 đến 432 kb /; từ mạng diện rộng (GAN) đến Băng thông
rộng GAN (BGAN).
Mặc dù các nhà khai thác đã có bước di chuyển từ di động mặt đất sang
CDMA, INMARSAT đã tiếp tục phát triển hệ thống TDMA, nhưng cung cấp
các dịch vụ dựa trên gói 3G tương đương
Vì vậy, các bài học kinh nghiệm từ vệ tinh di động là:
• Các chòm sao quỹ đạo LEO và elip (HEO) được cho là quá đắt để cạnh
tranh với GEO hoặc các hệ thống di động, vì vậy thị trường đã quay lại với
GEO.
• Vệ tinh về phương diện kinh tế chỉ có thể cung cấp các dịch vụ thích hợp
cho các khu vực không thể tiếp cận với dịch vụ di động; do đó, đối với các dịch
vụ thị trường đại chúng cần phải có sự tích hợp, chứ không phải để cạnh tranh,
mà là để tích hợp với di động.
• Chọn dịch vụ phù hợp nhất với cơ cấu phân chia vệ tinh.
• Sử dụng thuộc tính phủ sóng rộng của vệ tinh.
Dựa vào các yếu tố trên, hệ thống Vô tuyến truyền hình số vệ tinh đa
phương tiện (S-DMB) đã được đề xuất trong các dự án của Liên minh Châu Âu
(EU) SATIN [10], MoDiS [13] và MAESTRO [14] để cung cấp các dịch vụ
MBMS cho người sử dụng trong vùng phủ sóng di động mặt đất cũng như bên
ngoài. Hệ thống S-DMB được đề xuất chủ yếu tập trung vào các dịch vụ phân
phối nội dung hoặc dịch vụ push type, nơi nội dung được đẩy tới các thiết bị đầu

SIRIUS có 1,5 triệu khách hàng tại Hoa Kỳ.
Khi chúng ta xem xét băng rộng di động trong vệ tinh, thị trường chính
dành cho phương tiện chở khách (máy bay [17], tàu thủy và tàu hỏa) ngoại trừ
hệ thống INMARSAT BGAN, nơi có nhiều khách hàng hơn có thể sử dụng dịch
vụ băng thông. Dịch vụ Connexions của Boeing (CBB) [18] bắt đầu khai thác
các đường truyền băng thông với máy bay vào năm 2002 và hiện đang theo đuổi


14

các thị trường khai thác hàng hải. Công nghệ ở đây tương tự như mô hình cực
nhỏ (VSAT) với sự phân bố trong phương tiện. CBB đã lắp đặt đầu cuối với một
số hãng hàng không. Các hệ thống VSAT đã bắt đầu hoạt động kinh doanh dầu
ngoài khơi nhưng nhanh chóng mở rộng sang các tàu du lịch biển và các nhà
khai thác lòng biển, sử dụng băng tần Ku và cung cấp các dịch vụ thương mại,
kỹ thuật và điều hướng cho hành khách và phi hành đoàn. Một số nhà khai thác
vệ tinh thực hiện các dịch vụ như vậy. Sự mở rộng cũng có thể được thực hiện
đối với phương tiện giao thông đường bộ, và các dự án về chương trình khung
của EU 6 (FP6) DRIVE / OVERDRIVE [19] và FIFTH [20] đã nghiên cứu thị
trường xe lửa / xe tải / xe hơi.
Các chương trình băng rộng nói chung vẫn còn bị ảnh hưởng từ hiệu quả
sử dụng khả năng vệ tinh kém, gây ra tốn kém. Một giải pháp cho điều này nằm
xung quanh việc giới thiệu tiêu chuẩn DVB-S2 mới vào năm 2003 [21]. Về cơ
bản là nhằm vào các hệ thống cố định, kết hợp các chương trình mã hoá và điều
chế thích ứng (ACM), khi hoạt động kết nối với kênh vệ tinh phát đáp (RCS),
cho phép tối ưu hóa các thông số truyền cho mỗi kết nối riêng lẻ phụ thuộc vào
điều kiện đường dẫn. Một loạt các chương trình điều chế khóa chuyển pha PSK
và PSK thích ứng (APSK) và mã LDPC cung cấp tối ưu hóa gói theo gói để đáp
ứng khi gặp phải các điều kiện kênh thay đổi bất lợi. Tiêu chuẩn mới cho phép
một loạt các đầu vào dữ liệu bao gồm cả IP. Kết hợp sơ đồ ACM DVB-S2 với

với các hệ thống mặt đất. Như với di động, chúng ta đã thấy các vệ tinh cố định
phát triển riêng biệt với mặt đất trong cả hai tiêu chuẩn và các nhà khai thác nếu
không có sự cung cấp tích hợp.
Sự thành công của các tiêu chuẩn DVB-S / S2 ở châu Âu cũng đã dẫn tới
các hệ thống hai chiều kết hợp VSATs với hệ thống RC hay băng Ku hoặc Ka.
Đây được coi là những cách khác để cung cấp các dịch vụ IP và kết hợp các
mạng lưới. Tuy nhiên, hiệu quả của việc phân phối IP vẫn còn thấp so với mặt
đất, nơi DSL không đối xứng (ADSL) vẫn chiếm ưu thế ở các nước phát triển.
Mạng VSAT ở Châu Âu chưa thực sự cất cánh như mong đợi và chưa đạt
được quy mô hoặc khối lượng của các đối tác Hoa Kỳ; chi phí và hiệu quả là
những lý do chính.
Vùng cuối cùng của việc sử dụng các vệ tinh cố định là trong truy cập
băng rộng, nơi phạm vi phu sóng và tốc độ thực hiện đã được khỏa lấp. Các khu
vực nông thôn và ngoại thành trên khắp châu Âu và đặc biệt ở Đông Âu là


16

những vùng mà các thiết bị đầu cuối vệ tinh đã được triển khai rộng rãi cho đến
thời điểm này. Tuy nhiên, khi ADSL được triển khai dần dần ở các quốc gia phát
triển hơn, chi phí lớn hơn cho vệ tinh không thể cạnh tranh được. Có nhiều thảo
luận về khoảng cách kỹ thuật số (hay khoảng cách thiếu thốn), và không còn
nghi ngờ gì về việc các khu vực rộng lớn của châu Âu sẽ không được phủ sóng
bởi các hệ thống mặt đất rẻ hơn. Tuy nhiên, nó sẽ có ý nghĩa chính trị để giải
quyết vấn đề này bằng cách sử dụng vệ tinh, vì rất khó để xem làm thế nào chỉ
với kinh tế thuần túy, sẽ có thể hỗ trợ chuyển giao vệ tinh.

Hình 1.2 Cấu trúc hệ thống tích hợp khả thi
Vì vậy, thông điệp dành cho các hệ thống vệ tinh cố định trong tương lai
là:



dẫn.
Hệ thống thông tin vệ tinh có thể phục vụ nhiều dịch vụ khác nhau như viễn
thông thoại và phi thoại, thăm dò địa chất, truyền hình ảnh, quan sát mục tiêu,



nghiên cứu khí tượng, phục vụ quốc phòng an ninh…
Thông tin vệ tinh rất ổn định. Đã có nhiều trường hợp bão to, động đất mạnh
làm cho các phương tiện truyền thông khác mất tác dụng chỉ còn duy nhất thông





tin vệ tinh hoạt động.
Các thiết bị đặt trên vệ tinh có thể tận dụng năng lượng mặt trời để cung cấp
điện hầu như ngày lẫn đêm.
Tuy vậy thông tin vệ tinh cũng có một số nhược điểm đó là:
Kinh phí ban đầu để phóng một vệ tinh vào quỹ đạo khá lớn.
 Bức xạ của sóng vô tuyến trong thông tin vệ tinh bị tổn hao lớn trong môi
trường truyền sóng.
1.1.4 Các dạng quỹ đạo của vệ tinh
Quỹ đạo của vệ tinh là hành trình của vệ tinh trong không gian mà trong
đó vệ tinh được cân bằng bởi hai lực đối nhau. Hai lực đó là lực hấp dẫn của trái


18



Vệ tinh có quỹ đạo tròn và có độ cao khoảng vài trăm đến vài nghìn km
với mặt phẳng quỹ đạo chứa trục quay của trái đất, loại quỹ đạo này đảm bảo
rằng vệ tinh có thể đi qua các vùng của trái đất. người sữ dụng loại quỹ đạo này
cho các vệ tinh quan sát (observation satellite) như vệ tinh SPOT và phủ sóng
toàn cầu như chùm vệ tinh IRIDUM (gồm 77 vệ tinh).


Quỹ đạo nghiêng

Khi măt phẳng quỹ đạo không chứa trục quay trái đất và cũng không
vuông góc với trục của nó. Một số vệ tinh được tổ chức thành chum vệ tinh có
quỹ đạo dạng tròn nay, ở độ cao thấp (cỡ 1000km) có khả năng phủ sóng toàn
cầu trực tiếp đến người sữ dụng như ( GLOBAL STAR, LEOSAT …).


Quỹ đạo xích đạo.

Quỹ đạo này nằm trong mặt phẳng xích đạo của trái đất và các vệ tinh trên
quỹ đạo này được gọi là vệ tinh địa tĩnh (GEO- geostationary satellite). Độ cao
quỹ đạo là 35768km. vệ tinh trong trường hợp này xuất hiện như một điểm cố
định trên bầu trời với vùng phủ sóng của vệ tinh là 43% diện tích của bề mặt trái
đất. ba vệ tinh vệ tĩnh trong trường hợp này có thể phủ sóng toàn cầu.
Việc lựa chọn quỹ đạo nào trong thực tế còn phụ thuộc vào các ứng dụng
cụ thể, độ can nhiễu mà hệ thống có thể chấp nhận được.
Để vệ tinh có thể giữ nguyên vị trí của mình trong quỹ đạo đã được xác
định, người ta sử dụng một trong hai kĩ thuật ổn định đó là ổn định quay hoặc ổn
định ba trục.
1.1.5 Cấu trúc một hệ thống thông tin vệ tinh.
Cấu trúc của một hệ thống thông tin vệ tinh gồm hai phần: phân đoạn vũ


tuyến lên và tuyến xuống trong đó bao gồm cả kĩ thuật điều chế và mã hóa được
sữ dụng.
Trong mỗi vệ tinh được đặt một số bộ phát đáp (transponder) để thu tín
hiệu từ tuyến lên, biến đổi tần số, khuếch đại công suất và truyền trở lại trên
tuyến xuống.

Hình 1.5 Sơ đồ khối chức năng của bộ phát đáp đơn giản


Phân đoạn mặt đất

Phân đoạn mặt đất bao gồm tất cả các trạm mặt đất và chúng thường được
nối với các thiết bị của người sử dụng thông qua các mạng mặt đất hoặc trong
trường hợp sử dụng trạm VSAT ( Very Small Aperture Terminal ) thì có thể liên
lạc trực tiếp tới thiết bị đầu cuối của người người sử dụng. Các trạm mặt đất
được phân loại tùy thuộc vào kích cỡ trạm và loại hình thông tin được truyền
cũng như xử lý ( thoại, hình ảnh hoặc dữ liệu). Có thể có các trạm mặt đất vừa
thu vừa phát nhưng cũng có trạm mặt đất chỉ làm nhiệm vụ thu ( trạm TVRO –
Television Receiver Only). Các trạm mặt đất lớn được trang bị anten có đường
kính 30m – 40m, trong khi đó các trạm mặt loại nhỏ chỉ dùng anten đường kính
60cm hoặc thậm chí có thể nhỏ hơn (các trạm di động, các máy cầm tay) . Hình
1.4 mô tả một mặt đất đơn giản bao gồm cả thu và phát.
Đối với một trạm mặt đất cỡ lớn, do độ rộng của búp sóng chính của anten
rất hẹp cho nên trạm mặt đất phải cần phải có các thiết bị bám vệ tinh để đảm


22

bảo chất lượng đường truyền (trục anten hướng đúng vệ tinh). Với các trạm mặt

điểm không cần thiết điều khiển định thời đồng bộ và thiết bị sử dụng khá đơn
giản, hiệu quả sử dụng công suất vệ tinh của nó cũng không thấp. Tuy nhiên
phương pháp này thiếu linh hoạt trong việc thay đổi cách phân bố kênh.


Đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA – Time Division Multiple
Access)
Là hệ thống trong đó các trạm mặt đất dùng chung một bộ phát đáp trên
cơ sở phân chia theo thời gian. Để làm được điều này cần sử dụng một sóng
mang điều chế số. Hệ thống TDMA thường định ra một khung trong miền thời
gian gọi là khung TDMA: khung này được phân chia ra và mỗi một khoảng chia
được phân cho từng trạm.
Mỗi một trạm phát sóng mang của nó trong một khoảng thời gian ngắn đã
được phân (khe thời gian) trong khung thời gian. Cần để ra một khoảng thời
gian trống ( thời gian bảo vệ) giữa 2 khe thời gian cạnh nhau sao cho các sóng
mang phát từ nhiều trạm không chồng lên nhau trong bộ phát đáp (hình 1.6)


24

Hình 1.8: Đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA)
Mỗi trạm thu sẽ tách ra những phần sóng mang của chính nó dựa trên cơ
sở phân chia theo thời gian trong nhưng tín hiệu nhận được. Hệ thông TDMA có
thể sử dụng tốt nhất công suất vệ tinh và có thể dể dàng thay đổi được dung
lượng truyền tải nên hệ thống này có ưu điểm là linh hoạt trong việc chấp nhận
thay đổi trong thiết lập tuyến.


Đa truy nhập phân chia theo mã ( CDMA – Code Division Multiple Access)
Với đa truy nhập phân chia theo mã ( CDMA ) các trạm của mạng phát


Bảng 1.1: Tóm tắc ưu điểm và nhược điểm của các hệ thống đa truy nhập
khác nhau
Hệ thống

Ưu điểm

Nhược điểm

Nhận xét