Báo cáo đề tài: TRUYỀN THÔNG VỆ TINH Communications Satellite Môn học: Các hệ thống truyền thông GVHD: Trương Tấn Quang L2 - NHÓM 16 Năm học: 2020 – 2021 Nhóm 16 Khoa Điện tử - Viễn thơng Trường Đại học Khoa học tự nhiên – ĐHQG HCM I Tổng quan thông tin vệ tinh (TTVT) Giới thiệu chung _Ngày nay, hệ thống thông tin phát triển mạnh mẽ để đáp ứng với nhu cầu phát triển kinh tế xã hội tồn giới Trong hệ thống TTVT trở thành dịch vụ Họ phổ tên biến chiếm MSSVvị trí Mãquan TV TV tự đánh giá GV đánh giá trọng Việc tìm hiểu hệ thống TV1 TV2 TV3 TV4 TV5 sẽTấn giúpDũng ta hiểu nguyên Đinh 18200086 TV1lý, đặc điểm, ứng dụng hệ thống (NT) hướng phát triển Dâuthông Quốctin Đạt 1720045 TV2kỹ tinh TV3 tương Lýthuật Văn thông Hào tin vệ 18200094 lai Tr.Hiếu 18200104 TV4 Trần Nhuận Đồn Việt Huy 18200120 TV5 _Thơng tin vô tuyến vệ tinh đời Thang điểm: 10 nhằm mục đích cải thiện nhược điểm mạng vơ tuyến mặt đất vớidung lượng cao hơn, băng tần rộng hơn, đem lại cho khách hàng nhiều dịch vụ thuận lợi với chi phí thấp List of G.16 Tasks Mã TV Nhiệm vụ TV1 TV2 TV3 TV4 TV5 Word + PPT + Thuyết trình Word + PPT Word (Khơng hồn thành) Thuyết trình Word Khoa Điện tử - Viễn thông Trường Đại học Khoa học tự nhiên – ĐHQG HCM Nhóm 16 2 Nguyên lý TTVT Một vệ tinh có khả thu phát sóng điện từ khuếch sóng vơ tuyến điện nhận từ trạm mặt đất phát lại đến trạm mặt đất khác Loại vệ tinh nhân tạo sử dụng cho TTVT gọi vệ tinh thông tin (vệ tinh viễn thơng) → Có quy luật chi phối quỹ đạo vệ tinh bay xung quanh đất: _Mặt phẳng quỹ đạo bay vệ tinh phải cắt ngang tâm Trái đất _Trái đất phải trung tâm quỹ đạo vệ tinh Hình vẽ minh họa cấu trúc hệ thống TTVT Khoa Điện tử - Viễn thông Trường Đại học Khoa học tự nhiên – ĐHQG HCM Nhóm 16 3 Các quỹ đạo vệ tinh     HEO (High Eliptical Orbit): quỹ đạo elip cao GSO (Geostationary Orbit) hay GEO (Earth Orbit): quỹ đạo địa tĩnh MEO (Medium Earth Orbit): quỹ đạo trung bình LEO (Low Earth Orbit): quỹ đạo thấp Phân bố tần số cho hệ thống TTVT  Việc phân chia tần số tiến hành bảo trợ Tổ chức Viễn thông quốc tế (ITU) Vùng 1: Châu Âu, Châu Phi, Liên Xô cũ Mông Cổ Vùng 2: Bắc Mỹ, Nam Mỹ Greenland Vùng 3: Châu Á (trừ vùng 1), Úc Tây Nam Thái Bình Dương  Trong vùng này, băng tần phân chia cho dịch vụ vệ tinh khác nhau, dịch vụ cấp phát băng tần khác vùng khác Khoa Điện tử - Viễn thông Trường Đại học Khoa học tự nhiên – ĐHQG HCM Nhóm 16 Các dịch vụ vệ tinh cung cấp  Các dịch vụ vệ tinh cố định FSS (Fixed Satellite Service): Đường truyền cho mạng điện thoại; Tín hiệu truyền hình cáp  Các dịch vụ vệ tinh quảng bá BSS (Based Satellite Service): Quảng bá trực tiếp đến gia đình DBS, DTH (Direct Broadcast Satellite, Direct To Home)  Dịch vụ vệ tinh di động MSS (Mobile Satellite Service): Di động mặt đất, di động biển di động máy bay  Dịch vụ vệ tinh khí tượng (Meteorological Satellite Service): Các dịch vụ tìm kiếm cứu hộ  Dịch vụ vệ tinh định hướng (Navigational Satellite Service): Định vị toàn cầu Vệ tinh INTELSAT _INTELSAT (International Telecommunications Satellite) tổ chức thành lập vào năm 1964 _Các hệ thống vệ tinh INTELSAT sử dụng quỹ đạo địa tĩnh Hệ thống INTELSAT phủ vùng chính: Đại Tây Dương (AOR: Atlanthic Ocean Region), Ấn Độ Dương (IOR: Indian Ocean Region) Thái Bình Dương (POR: Pacific Ocean Region) _INTELSAT cung cấp lưu lượng AOR gấp ba lần IOR hai lần IOR POR cộng lại Như hệ thống vệ tinh chủ yếu đảm bảo lưu lượng cho AOR _Các vệ tinh INTELSAT VII/VIIA/VIII phóng khoảng thời gian 19931998: Cung cấp 22.500 kênh thoại chiều kênh TV Khoa Điện tử - Viễn thông Trường Đại học Khoa học tự nhiên – ĐHQG HCM Nhóm 16 _Loạt INTELSAT IX (2001) cung cấp dịch vụ dải rộng gồm dịch vụ như: Internet, TV đến nhà (DHT), khám bệnh từ xa, dạy học từ xa, video tương tác đa phương tiện Trạm TTVT Intelsat A – Thành phố Hồ Chí Minh Vệ tinh nội địa - DOMSAT _Vệ tinh nội địa DOMSAT (domestic satellite) sử dụng để cung cấp dịch vụ khác như: thoại, số liệu, truyền dẫn TV nước _Các vệ tinh thường đặt quỹ đạo địa tĩnh Tại Mỹ vệ tinh cho phép lựa chọn kênh truyền hình cho máy thu gia đình, ngồi chúng cịn cung cấp khối lượng lớn lưu lượng thông tin thương mại _Các DOMSAT cung cấp dịch DTH có cơng suất khác (ERIP từ 37dBW đến 60dBW): +Công suất lớn cho dịch vụ quảng bá DBS +Công suất trung bình cho dịch vụ điểm - điểm phần DBS +Công suất thấp cho dịch vụ điểm – điểm TTVT di động _TTVT di động chuyển sang thông tin di động cá nhân với máy thu phát cầm tay _Các vệ tinh có quỹ đạo thấp LEO (100km) quỹ đạo trung bình (10000km) sử dụng cho dịch vụ với chùm bước sóng hẹp chiếu xạ mặt đất Khoa Điện tử - Viễn thông Trường Đại học Khoa học tự nhiên – ĐHQG HCM Nhóm 16 II Các quỹ đạo vệ tinh Dạng quỹ đạo a.Quỹ đạo địa tĩnh GEO:  Là quỹ đạo thỏa mãn điều kiện sau:  Là quỹ đạo đồng với Trái đất, nghĩa chu kỳ quay chu kỳ quay Trái đất xung quanh trục Bắc Nam  Mặt phẳng quỹ đạo nằm mặt phẳng xích đạo Trái đất, nghĩa góc nghiêng  Có chiều quay với chiều quay Trái đất: từ Tây sang Đông  Ưu điểm:  Vệ tinh đứng yên so với Trái đất => Thông tin ổn định liên tục suốt 24h  Phủ sóng 42.2% bề mặt Trái đất  Doppler nhỏ  Nhược điểm:  Khơng phủ sóng vùng có vĩ độ > 81.3%  Bảo mật không cao  Suy hao công suất truyền sóng lớn (200dB)  Thời gian trễ đường truyền cao, chất lượng đường truyền phụ thuộc vào thời tiết Khoa Điện tử - Viễn thông Trường Đại học Khoa học tự nhiên – ĐHQG HCM Nhóm 16 b.Quỹ đạo Ellip:  Là quỹ đạo thỏa mãn điều kiện sau:  Mặt phẳng quỹ đạo nghiêng so với mặt phẳng xích đạo 63026’  Có viễn điểm = 40.000km cận điểm 500km  Vệ tinh quay từ Tây sang Đông  Ưu điểm:  Phủ sóng vùng có vĩ độ cao > 81,3  Góc ngẫng lớn nên giảm tạp âm mặt đất gây  Nhược điểm:  Mỗi trạm phải có anten anten phải có cấu điều chỉnh chùm tia  Để đảm bảo liên lạc liên tục 24h phải cần nhiều vệ tinh c Quỹ đạo LEO MEO:  Là quỹ đạo thỏa mãn điều kiện sau:  Là quỹ đạo có độ cao 500km < h < 20.000km (500km < h < 10.000km LEO 10.000km < h < 20.000km MEO)  Có vận tốc góc nhỏ vận tốc góc Trái đất  Có chiều quay từ Tây sang Đơng Khoa Điện tử - Viễn thông Trường Đại học Khoa học tự nhiên – ĐHQG HCM Nhóm 16  Ưu điểm:  Tổn hao đường truyền nhỏ vệ tinh bay độ cao thấp, nên phù hợp với thông tin di động  Trễ truyền lan nhỏ  Nhược điểm:  Cần nhiều vệ tinh đảm bảo thông tin liên tục 24h phủ sóng tồn cầu  Mỗi trạm phải có anten anten phải có cấu điều chỉnh chùm tia  Điều khiển hệ thống TTVT phức tạp  Tuổi thọ vệ tinh không cao bay quỹ đạo LEO thuộc vành đai ion hóa Các lực nhiễu gây thay đổi vị trí vệ tinh quỹ đạo _Lực li tâm: Do chuyển động vệ tinh cân lực hút Trái đất _Lực hút mặt trời, mặt trăng khí quyển:  Lực hút mặt trời, mặt trăng: Tác động lên quỹ đạo địa tĩnh  Lực kéo khí quyển: Ảnh hưởng vệ tinh tầm thấp 1000km Phóng vệ tinh, định vị trì vệ tinh quỹ đạo a.Phóng vệ tinh lên quỹ đạo địa tĩnh:  Phương tiện:  Tàu thoi: Dùng lại nhiều lần, độ tin cậy cao, giá cao Ví dụ: tàu Columbia (US)  Tên lửa đẩy nhiều tầng: Không sử dụng lại được, giá rẻ Ví dụ: Proton (Nga), Delta (Mỹ), Long March (Trung Quốc) →Phụ thuộc loại tên lửa, vị trí địa lý bãi phóng…  Quy chuẩn kinh tế phương pháp phóng dựa quỹ đạo Hohmann  Phương pháp dựa quỹ đạo Hohmann: _GD1: Dùng tên lửa đẩy nhiều tầng đưa vệ tinh lên quỹ đạo LEO (200km, V=7.784m/s) Khoa Điện tử - Viễn thông Trường Đại học Khoa học tự nhiên – ĐHQG HCM Nhóm 16 _GD2: Tại điểm nâng LEO, dùng tên lửa đẩy nhiều lần tăng tốc V=10.234m/s đưa vệ tinh sang quỹ đạo Ellip có viễn điểm thuộc quỹ đạo địa tĩnh (h=35.786km) cận điểm thuộc quỹ đạo LEO (h=200km) – quỹ đạo Hohmann _GD3: Tại viễn điểm quỹ đạo Hohman, sử dụng động đẩy viễn điểm vệ tinh đưa vệ tinh quỹ đạo địa tĩnh vào vị trí b.Đưa vệ tinh vào quỹ đạo GEO:  Đưa vệ tinh quỹ đạo xích đạo, sau đưa vào vị trí GEO  Các trung tâm trạm điều khiển vị trí khác trái đất điều khiển thực chức năng:  Xác định tư vệ tinh  Tính tốn thơng số tối ưu cho trình điều khiển vệ tinh từ quỹ đạo Hohmann sang quỹ đạo tròn  Xác định thông số động hiệu chỉnh hướng vệ tinh  Giám sát đo thông số quỹ đạo vệ tinh so sánh với trạng thái cuối vệ tinh dự kiến Khoa Điện tử - Viễn thông Trường Đại học Khoa học tự nhiên – ĐHQG HCM Nhóm 16 10 c Duy trì vệ tinh quỹ đạo:  Việc trì vệ tinh quỹ đạo bao gồm: _Các hoạt động vệ tinh xung quanh vị trí quỹ đạo theo hướng Đơng Tây, Nam Bắc phải trì khoảng 0.1o _Tư vệ tinh phải giám sát hiệu chỉnh để đảm bảo anten vệ tinh luôn hướng vùng mong muốn trái đất III Các thành phần cấu tạo vệ tinh nhân tạo Payload  Đóng vai trị chuyển tiếp (repeater) trạm mặt đất với chức năng:  Thu sóng mang phát từ trạm mặt đất mạng với băng tần phân cực xác định Các trạm mặt đất đặt vùng phủ sóng anten vệ tinh  Hạn chế tối đa nhiễu có hại từ hệ thống vơ tuyến khác  Khuếch đại sóng mang thu hạn chế tối đa tạp âm méo  Biến đổi tần số sóng mang nhận đường lên sang tần số mang đường xuống  Cung cấp công suất đủ lớn băng tần xác định lại đầu vào anten phát vệ tinh  Bức xạ sóng mang băng tần phân cực xác định với vùng xác định bề mặt Trái đất  Đặc trưng thông số kỹ thuật:  Băng tần công tác  Số lượng phát đáp  Độ rộng băng thông phát đáp  Phân cực tín hiệu đường lên, đường xuống  Công suất phản xạ tương đương đẳng hướng ERIP mật độ thông lượng công suất tạo biên vùng dịch vụ  Mật độ thông lượng cơng suất bảo hịa anten thu vệ tinh SFD  Hệ số phẩm chất G/T máy thu vệ tinh biên vùng dịch vụ giá trị cực đại Khoa Điện tử - Viễn thông Trường Đại học Khoa học tự nhiên – ĐHQG HCM Nhóm 16 11    Vùng phủ sóng Cơng suất đầu khuếch đại cơng suất Cấu hình dự phịng máy thu khuếch đại cơng suất cao Bộ nguồn Series-parallel array of solar cells Rectangular solar sails Hệ thống TTVT  Bộ phát đáp (transponders):  Máy thu (wideband receiver): 500 (C) – 1GHz (Ku) Khoa Điện tử - Viễn thông Trường Đại học Khoa học tự nhiên – ĐHQG HCM Nhóm 16 12  Bộ phân ghép kênh: Phân băng tần máy thu thành băng nhằm giảm hài xuyên điều chế qua khuếch đại công suất cao HPA (TWTA & SSPA) IV Antennas  Hệ thống antennas vệ tinh:  Chức chính:  Lựa chọn sóng vơ tuyến phát băng tần cho với phân cực cho từ trạm mặt đất nằm vùng phủ sóng vệ tinh  Phát sóng vơ tuyến băng tần phân cực cho lên khu vực quy định mặt đất  Yêu cầu:  Thu nhiễu nhỏ tốt  Phát cơng suất nhỏ ngồi vùng quy định  Các loại: Anten chữ nhật, anten phản xạ, anten dãy (arrays)… Khoa Điện tử - Viễn thông Trường Đại học Khoa học tự nhiên – ĐHQG HCM Nhóm 16 13  Các thơng số kỹ thuật: Công suất xạ EIRP, G/T  Antenas: V Ứng dụng ưu nhược điểm hệ thống TTVT  Ứng dụng:  Ứng dụng hoạt động trinh sát, vệ tinh quan sát Trái Đất triển khai cho ứng dụng qn hay tình báo Ngồi ra, vai trò vệ tinh thể hoạt động nghiên cứu định vị toàn cầu hay điều hướng (vệ tinh hoa tiêu), cung cấp thông tin khoa học, hỗ trợ nông nghiệp Khoa Điện tử - Viễn thông Trường Đại học Khoa học tự nhiên – ĐHQG HCM Nhóm 16 14  Ứng dụng vệ tinh vào GPS (Global Positioning System), hệ thống định vị tồn cầu, xác định vị trí vật thể di chuyển mặt đất không gian dựa vị trí vệ tinh nhân tạo quay xung quanh Trái đất):  Điều khiển hệ thống giao thơng  Khảo sát địa hình thiết lập đồ  Bảo vệ thiên nhiên  Ưu điểm:  Vùng phủ sóng rộng, quỹ đạo vệ tinh có độ cao lớn so với Trái đất, vệ tinh nhìn thấy vùng rộng Trái đất  Dung lượng thông tin lớn, sử dụng băng tần công tác rộng kỹ thuật đa truy nhập cho phép đạt dụng lượng lớn thời gian ngắn mà loại hình thơng tin khác đạt  Độ tin cậy chất lượng thông tin cao, liêc lạc trực tiếp vệ tinh trạm mặt đất, xác suất hư hỏng tuyến liên lạc thấp, ảnh hưởng nhiễu khí khơng đáng kể  Tính linh hoạt cao, hệ thống liên lạc vệ tinh thiết lập nhanh chóng thay đổi linh hoạt tùy theo yêu cầu sử dụng  Có khả ứng dụng thông tin di động thông tin liên lạc toàn cầu  Nhược điểm:  Đầu tư ban đầu cao  Thời gian làm việc tương đối ngắn (7 – 10 năm)  Có số giới hạn sử dụng như: quỹ đạo, phân chia tần số, công suất xạ, …  Khả truy cập tới người sử dụng đơi gặp khó khăn kỹ thuật nguyên nhân khác  Khó khăn chi phí tốn cho bảo dưỡng  Phụ thuộc thiết bị phóng Khoa Điện tử - Viễn thông Trường Đại học Khoa học tự nhiên – ĐHQG HCM Nhóm 16 15 VI Tổng kết  TTVT phương tiện truyền thông phổ biến đa dụng  Vệ tinh đưa vào sử dụng sớm, ngành khoa học kỹ thuật địi hỏi trình độ cao cần có kinh nghiệm thực tiễn Cho đến hệ thống vệ tinh giới tương đối hồn thiện, với nhiều mơ hình khác như: vệ tinh toàn cầu (GPS), vệ tinh giám sát, vệ tinh địa tĩnh,  Trong TTVT, môi trường truyền dẫn khơng khí (nhiều tần số có cấu tạo khác nhau), cự ly thơng tin dài nên có vấn đề suy hao đường truyền lớn Các tần số đường lên đường xuống hệ thống TTVT không giống Chẳng hạn INTELSAT, trạm mặt đất có cơng suất lớn lên sử dụng tần số đường lên cao trạm phát trạm phát có cơng suất nhỏ nên sử dụng tần số đường xuống thấp  Các quỹ đạo địa tĩnh sử dụng nhiều cho TTVT vị trí cố định tương đối so với mặt đất vệ tinh phủ sóng cho 1/3 diện tích trái đất Các hệ thống INTELSAT DOMSAT sử dụng quỹ đạo cho dịch vụ cố định thoại, số liệu truyền hình  vệ tinh phủ sóng vùng rộng lớn Tría đất → Các trạm mặt đất từ vùng địa lý khác Trái đất kết nối với  Hệ thống vệ tinh đảm bảo dường truyền thông tin đến vùng xa xôi hẻo lánh, thiên tai,… HẾT Khoa Điện tử - Viễn thông Trường Đại học Khoa học tự nhiên – ĐHQG HCM Nhóm 16 16 MỤC LỤC I.Tổng quan thông tin vệ tinh (TTVT) 1.Giới thiệu chung 2.Nguyên lý TTVT .3 3.Các quỹ đạo vệ tinh .4 4.Phân bố tần số cho hệ thống TTVT .4 5.Các dịch vụ vệ tinh cung cấp 6.Vệ tinh INTELSAT 7.Vệ tinh nội địa, DOMSAT 8.TTVT di động II.Các quỹ đạo vệ tinh 1.Dạng quỹ đạo .7 a.Quỹ đạo địa tĩnh GEO b.Quỹ đạo Ellip c.Quỹ đạo LEO MEO .8 2.Các lực nhiễu gây thay đổi vị trí vệ tinh quỹ đạo 3.Phóng vệ tinh, định vị trì vệ tinh quỹ đạo a.Phóng vệ tinh lên quỹ đạo địa tĩnh b.Đưa vệ tinh vào quỹ đạo GEO 10 c.Duy trì vệ tinh quỹ đạo 12 III.Các thành phần cấu tạo vệ tinh nhân tạo 12 1.Payload 12 2.Bộ nguồn 13 3.Hệ thống TTVT 13 IV.Antennas 14 V.Ứng dụng ưu nhược điểm hệ thống TTVT 16 VI.Tổng kết 17 Khoa Điện tử - Viễn thông Trường Đại học Khoa học tự nhiên – ĐHQG HCM Nhóm 16 17 Giá: ∞ VNĐ Khoa Điện tử - Viễn thông Trường Đại học Khoa học tự nhiên – ĐHQG HCM Nhóm 16 18